(57)【要約】発電機ユニットは、発電機と、複数のＡＣ／ＤＣコンバータとを備える。各ＡＣ／ＤＣコンバータは、ＡＣ電気入力を受電するために発電機に結合され、ＤＣ電気出力を生成するように構成される。各ＡＣ／ＤＣコンバータのコンバータ出力は、発電機ユニットのＤＣ電気出力を供給するために互いに直列に接続される。コンバータは、ＶＳＩコンバータとすることができる。発電機ユニットは、水力発電タービン発電機の一部として使用するのに特に適している。【選択図】図４
2019509001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣ電気出力を供給する発電機ユニットであって、該発電機ユニットは、
ＡＣ電気出力を生成するように構成される発電機と、
複数のＡＣ／ＤＣコンバータであって、前記複数のＡＣ／ＤＣコンバータのそれぞれが、前記ＡＣ電気出力からＡＣ電気入力を受電するために前記発電機に結合され、前記複数のＡＣ／ＤＣコンバータのそれぞれのコンバータ出力においてＤＣ電気出力を生成するように構成される、複数のＡＣ／ＤＣコンバータと、
を備え、
前記複数のＡＣ／ＤＣコンバータのそれぞれの前記コンバータ出力が、前記発電機ユニットの前記ＤＣ電気出力を供給するために互いに直列に接続される、発電機ユニット。
【請求項２】
前記複数のＡＣ／ＤＣコンバータは、それぞれ電圧源コンバータを含む、請求項１に記載の発電機ユニット。
【請求項３】
前記複数のＡＣ／ＤＣコンバータのそれぞれの前記コンバータ出力及び前記発電機ユニットの前記ＤＣ電気出力に、それぞれＤＣ端子が備えられ、前記複数のＡＣ／ＤＣコンバータのそれぞれの前記ＤＣ端子は、前記発電機ユニットの前記ＤＣ端子間において直列に接続される、請求項１又は請求項２に記載の発電機ユニット。
【請求項４】
前記それぞれのコンバータ出力に並列に少なくとも１つのシャントキャパシタが設けられる、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の発電機ユニット。
【請求項５】
前記発電機は、複数の発電機巻線群を備え、前記複数のＡＣ／ＤＣコンバータのそれぞれは、前記複数の発電機巻線群のそれぞれから前記ＡＣ電気入力を受電するために、前記複数の発電機巻線群のそれぞれに結合される、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の発電機ユニット。
【請求項６】
前記複数のＡＣ／ＤＣコンバータは、少なくとも１つの変圧器によって前記発電機に結合される、請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の発電機ユニット。
【請求項７】
前記複数のＡＣ／ＤＣコンバータのうちの少なくとも幾つか又は全てが、それぞれの変圧器によって前記発電機に結合される、請求項６に記載の発電機ユニット。
【請求項８】
前記複数のＡＣ／ＤＣコンバータのうちの少なくとも幾つか又は全てが、それぞれの変圧器によって前記複数の発電機巻線群のそれぞれに結合される、請求項５〜請求項７のいずれか１つに記載の発電機ユニット。
【請求項９】
前記変圧器には、ステップアップ変圧器、ステップダウン変圧器、又は１：１の変圧比を有する変圧器が含まれる、請求項６〜請求項８のいずれか１つに記載の発電機ユニット。
【請求項１０】
前記複数のＡＣ／ＤＣコンバータのうちの少なくとも２つが、共通の変圧器によって前記発電機に結合される、請求項６又は請求項９に記載の発電機ユニット。
【請求項１１】
前記複数のＡＣ／ＤＣコンバータのそれぞれが、前記共通の変圧器によって前記発電機に結合される、請求項１０に記載の発電機ユニット。
【請求項１２】
前記共通の変圧器は、少なくとも１つの発電機側変圧器巻線と、少なくとも１つのコンバータ側変圧器巻線とを備える、請求項１０又は請求項１１に記載の発電機ユニット。
【請求項１３】
前記共通の変圧器は、前記複数のＡＣ／ＤＣコンバータのうちの少なくとも２つのそれぞれに接続される前記少なくとも１つのコンバータ側変圧器巻線を備える、請求項１２に記載の発電機ユニット。
【請求項１４】
前記発電機は、複数の発電機巻線群を備え、前記共通の変圧器は、前記発電機巻線群のそれぞれに接続される前記少なくとも１つの発電機側変圧器巻線を備える、請求項１２又は請求項１３に記載の発電機ユニット。
【請求項１５】
前記発電機は、該発電機を前記共通の変圧器に結合する少なくとも１つの発電機巻線群を備え、前記共通の変圧器に結合される前記複数のＡＣ／ＤＣコンバータの数は、前記共通の変圧器に結合される巻線群の数に等しくない、請求項１０〜請求項１４のいずれか１つに記載の発電機ユニット。
【請求項１６】
前記発電機は、該発電機を前記共通の変圧器に結合する少なくとも１つの発電機巻線群を備え、前記共通の変圧器に結合される前記複数のＡＣ／ＤＣコンバータの数は、前記共通の変圧器に結合される巻線群の数に等しい、請求項１０〜請求項１４のいずれか１つに記載の発電機ユニット。
【請求項１７】
前記発電機は、少なくとも１つの発電機巻線を有する組を少なくとも１つ含み、少なくとも１つの発電機巻線群はそれぞれ、前記組を複数備え、前記少なくとも１つの発電機巻線群のそれぞれは、前記発電機の前記ＡＣ電気出力の位相ごとに前記組をそれぞれ備える、請求項１〜請求項１６のいずれか１つに記載の発電機ユニット。
【請求項１８】
前記共通の変圧器は、少なくとも１つの発電機巻線をそれぞれ有する少なくとも１つの組にそれぞれ接続される発電機側変圧器巻線を備える、請求項１０〜請求項１６のいずれか１つに従属するときの請求項１７に記載の発電機ユニット。
【請求項１９】
前記共通の変圧器は、変圧器に結合され、前記少なくとも１つの組のそれぞれに接続される発電機側変圧器巻線を有する、請求項１８に記載の発電機ユニット。
【請求項２０】
前記複数のＡＣ／ＤＣコンバータはそれぞれ、少なくとも１つの入力、複数の入力、又は前記発電機の前記ＡＣ電気出力の位相ごとの入力を有し、前記共通の変圧器は、前記少なくとも１つの入力、前記複数の入力又は前記発電機の前記ＡＣ電気出力の位相ごとの入力に接続されるそれぞれのコンバータ側変圧器巻線を有する、請求項１０〜請求項１９のいずれか１つに記載の発電機ユニット。
【請求項２１】
前記複数のＡＣ／ＤＣコンバータは、多相コンバータ又は三相コンバータであり、位相ごとにそれぞれの入力を有し、前記共通の変圧器は、前記入力のそれぞれに接続されるコンバータ側変圧器巻線を有し、該コンバータ側変圧器巻線は、使用中、前記位相ごとに少なくとも１つの発電機側変圧器巻線に結合される、請求項１０〜請求項２０のいずれか１つに記載の発電機ユニット。
【請求項２２】
前記複数のＡＣ／ＤＣコンバータは、それぞれの単一の位相入力を有する単相コンバータであり、前記共通の変圧器は、前記単一の位相入力に接続されるコンバータ側変圧器巻線を有し、該コンバータ側変圧器巻線は、使用中、前記位相ごとに少なくとも１つの発電機側変圧器巻線に結合される、請求項１０〜請求項２０のいずれか１つに記載の発電機ユニット。
【請求項２３】
前記変圧器は、少なくとも１つのコア要素を有し、少なくとも１つの発電機側変圧器巻線及び少なくとも１つのコンバータ側変圧器巻線が、共通のコア要素の周りに位置する、請求項１０〜請求項２２のいずれか１つに記載の発電機ユニット。
【請求項２４】
前記共通のコア要素の周りにそれぞれ設けられるコンバータ側変圧器巻線の数及び発電機側変圧器巻線の数は等しくない、請求項２３に記載の発電機ユニット。
【請求項２５】
前記共通のコア要素の周りに位置する前記少なくとも１つの発電機側変圧器巻線と前記少なくとも１つのコンバータ側変圧器巻線との巻数比は１：１である、請求項２３又は請求項２４に記載の発電機ユニット。
【請求項２６】
前記共通のコア要素の周りに位置する前記少なくとも１つの発電機側変圧器巻線と前記少なくとも１つのコンバータ側変圧器巻線との巻数比は１：１以外である、請求項２３又は請求項２４に記載の発電機ユニット。
【請求項２７】
前記変圧器は複数のコア要素を有し、１つ以上の発電機側変圧器巻線及び１つ以上のコンバータ側変圧器巻線を含む組がそれぞれ、前記複数のコア要素それぞれの周りに位置する、請求項２３〜請求項２６のいずれか１つに記載の発電機ユニット。
【請求項２８】
前記変圧器は、前記発電機の前記ＡＣ電気出力の位相ごとに前記コア要素をそれぞれ有し、位相ごとに１つ以上の発電機側変圧器巻線及び１つ以上のコンバータ側変圧器巻線をそれぞれ含む組が、各位相のコア要素の周りにそれぞれ位置する、請求項２７に記載の発電機ユニット。
【請求項２９】
前記発電機側変圧器巻線及び前記コンバータ側変圧器巻線は、前記それぞれのコア要素の長さに沿って互いに重なり合わず、前記発電機側変圧器巻線及び前記コンバータ側変圧器巻線はそれぞれ、電気絶縁材によってそれぞれの隣接する巻線から分離される、請求項２３〜請求項２８のいずれか１つに記載の発電機ユニット。
【請求項３０】
前記発電機側変圧器巻線及び前記コンバータ側変圧器巻線は、前記それぞれのコア要素の長さに沿って交互に位置する、請求項２９に記載の発電機ユニット。
【請求項３１】
前記コンバータ側変圧器巻線は、前記発電機側変圧器巻線の２組の間にまとめて設けられる、請求項２９に記載の発電機ユニット。
【請求項３２】
前記発電機は、該発電機の前記ＡＣ電気出力の位相ごとにそれぞれ１つ以上の発電機巻線を含む組を有する少なくとも１つの発電機巻線群を備え、前記組は、電気的に独立した巻線回路内にそれぞれ含まれ、前記巻線回路のそれぞれは、前記組の前記１つ以上の発電機巻線と直列に変圧器側巻線を含み、前記巻線回路のそれぞれは、更に、障害の場合に巻線回路を遮断するように動作可能な常閉スイッチングデバイスを含み、前記発電機ユニットは、前記巻線回路のいずれか１つにおいて障害を検出し、障害の検出に応じて、前記常閉スイッチングデバイスのそれぞれに、前記巻線回路を遮断させるように構成される障害検出手段を更に含む、請求項１０〜請求項３１のいずれか１つに記載の発電機ユニット。
【請求項３３】
前記常閉スイッチングデバイスのそれぞれは、前記変圧器巻線と１つ以上の発電機巻線を含む組との間に直列に位置する、請求項３２に記載の発電機ユニット。
【請求項３４】
前記巻線回路のそれぞれは、該巻線回路とグランドとの間に接続される抵抗器を含み、前記障害検出手段は、前記抵抗器に流れる電流を監視し、前記電流が閾値レベルを超える場合に障害を検出するように構成される、請求項３２又は請求項３３に記載の発電機ユニット。
【請求項３５】
前記発電機ユニットの前記ＤＣ電気出力における障害の検出に応じて、前記巻線回路のそれぞれを遮断するために、前記常閉スイッチングデバイスを動作させる手段を更に含む、請求項３２〜請求項３４のいずれか１つに記載の発電機ユニット。
【請求項３６】
前記発電機は、タービン又は潮流タービンに結合される、請求項１〜請求項３５のいずれか１つに記載の発電機ユニット。
【請求項３７】
前記複数のＡＣ／ＤＣコンバータのそれぞれの１つ以上の入力に、ヒューズがそれぞれ設けられる、請求項１〜請求項３６のいずれか１つに記載の発電機ユニット。
【請求項３８】
前記複数のＡＣ／ＤＣコンバータのそれぞれのコンバータ出力と並列に、ダイオードがそれぞれ設けられる、請求項１〜請求項３７のいずれか１つに記載の発電機ユニット。
【請求項３９】
前記ＤＣ電気出力に電流が流れ込むのを防ぐために、前記発電機ユニットの前記ＤＣ電気出力と直列に少なくとも１つのダイオードが設けられる、請求項１〜請求項３８のいずれか１つに記載の発電機ユニット。
【請求項４０】
エネルギー貯蔵システムを更に備え、該エネルギー貯蔵システムは、前記少なくとも１つの変圧器に結合される補助ＡＣ／ＤＣコンバータと、該補助ＡＣ／ＤＣコンバータの出力に設けられる１つ以上のエネルギー貯蔵デバイス又は１つ以上のキャパシタと、を備える、請求項６〜請求項３９のいずれか１つに記載の発電機ユニット。
【請求項４１】
前記補助ＡＣ／ＤＣコンバータは、使用中に前記変圧器を介して前記発電機から受電されるＡＣ電力が前記１つ以上のエネルギー貯蔵デバイスに貯蔵される第１のモードにおいて、動作可能である、請求項４０に記載の発電機ユニット。
【請求項４２】
前記補助ＡＣ／ＤＣコンバータは、貯蔵されたＤＣエネルギーが前記ＡＣ／ＤＣコンバータによってＡＣ電力に変換され、前記少なくとも１つの変圧器を介して前記発電機に与えられる第２のモードにおいて、動作可能である、請求項４０又は請求項４１に記載の発電機ユニット。
【請求項４３】
前記補助ＡＣ／ＤＣコンバータの前記出力に補助ＤＣ／ＡＣコンバータが接続され、該ＤＣ／ＡＣコンバータが補助ＡＣ電力出力を与えるように動作可能である、請求項４０〜請求項４２のいずれか１つに記載の発電機ユニット。
【請求項４４】
ＡＣ電気出力を発電する発電機であって、該発電機は、該発電機の前記ＡＣ電気出力の位相ごとにそれぞれ１つ以上の発電機巻線を含む組を有する少なくとも１つの発電機巻線群を備え、前記組は互いに電気的に独立した巻線回路にそれぞれ含まれ、前記巻線回路のそれぞれは、前記組の前記１つ以上の発電機巻線と直列にそれぞれの変圧器側巻線を含み、前記巻線回路のそれぞれは、更に、障害の場合に巻線回路を遮断するように動作可能な常閉スイッチングデバイスを含み、前記巻線回路のいずれか１つにおいて障害を検出し、障害の検出に応じて、常閉スイッチングデバイスのそれぞれに、前記巻線回路を遮断させるように構成される障害検出手段を更に含む、発電機。
【請求項４５】
請求項１〜４３のいずれか１つに記載の発電機ユニットを備えるタービン発電機ユニットであって、前記発電機は、タービン又は潮流タービンに結合される、タービン発電機ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電機ユニットに関する。具体的には、本発明はタービン発電機ユニットに関し、限定するものではないが、特に水力発電タービン発電機ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンは、クリーンで再生可能なエネルギー源を実効的に利用する手段として認識されている。海に設置される水力発電タービン群は、一般的に陸上に設けられる電力系統に供給するための電力を発電するために、潮汐によって、又は河口付近の河川流によって引き起こされる自然流を利用する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
水力発電タービンを海に設置し、保守管理するのは費用がかかり、危険である。発電機及び関連する機器のためのハウジングは、海中設備のうち特に高額な構成要素である。また、海中設備のサイズ及び重量によっては、設置に関する問題、具体的には克服すべき浮力（overcoming upthrust）を引き起こす可能性がある。それゆえ、ハウジングのサイズを最小化することが望ましい。これを果たす１つの方法は、海中ハウジング内に設ける発電機システムの構成要素の数をできる限り少なくすること、及び構成要素を小型化すること、の少なくとも一方を行うことである。しかしながら、これは、電力を陸上まで効率的に送電する必要性とのバランスを保たなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様は、ＤＣ（直流）電気出力を供給する発電機ユニットを提供し、この発電機ユニットは、
ＡＣ（交流）電気出力を生成するように構成される発電機と、
複数のＡＣ／ＤＣコンバータであって、複数のＡＣ／ＤＣコンバータのそれぞれがＡＣ電気出力からＡＣ電気入力を受電するために発電機に結合され、複数のＡＣ／ＤＣコンバータのそれぞれのコンバータ出力においてＤＣ電気出力を生成するように構成される、複数のＡＣ／ＤＣコンバータと、
を備え、
複数のＡＣ／ＤＣコンバータのそれぞれのコンバータ出力が、発電機ユニットのＤＣ電気出力を供給するために互いに直列に接続される。
【０００５】
好ましい実施形態において、複数のＡＣ／ＤＣコンバータは、それぞれ電圧源コンバータを含む。
【０００６】
通常、複数のＡＣ／ＤＣコンバータのそれぞれのコンバータ出力及び発電機ユニットのＤＣ電気出力に、それぞれＤＣ端子が備えられ、複数のＡＣ／ＤＣコンバータのそれぞれのＤＣ端子は、発電機ユニットのＤＣ端子間において直列に接続される。好ましくは、各コンバータの出力に並列に少なくとも１つのシャントキャパシタがそれぞれ設けられる。
【０００７】
通常、発電機は、複数の発電機巻線群を備え、複数のＡＣ／ＤＣコンバータのそれぞれは、複数の発電機巻線群のそれぞれからＡＣ電気入力を受電するために発電機巻線群のそれぞれに結合される。
【０００８】
好ましい実施形態において、複数のＡＣ／ＤＣコンバータは、少なくとも１つの変圧器によって発電機に結合される。複数のＡＣ／ＤＣコンバータのうちの少なくとも幾つか、そして任意選択では全てを、それぞれの変圧器によって発電機に結合することができる。複数のＡＣ／ＤＣコンバータのうちの少なくとも幾つか、そして任意選択では全てを、それぞれの変圧器によって複数の発電機巻線群のそれぞれに結合することができる。
【０００９】
変圧器には、ステップアップ変圧器、ステップダウン変圧器、又は１：１の変圧比を有する変圧器を含むことができる。
【００１０】
好ましくは、複数のＡＣ／ＤＣコンバータのうちの少なくとも２つが、共通の変圧器によって発電機に結合される。任意選択で、複数のＡＣ／ＤＣコンバータのそれぞれが、共通の変圧器によって発電機に結合される。通常、共通の変圧器は、少なくとも１つの発電機側変圧器巻線と、少なくとも１つのコンバータ側変圧器巻線と、を備える。任意選択で、共通の変圧器は、ＡＣ／ＤＣコンバータのうち少なくとも２つのそれぞれに接続される少なくとも１つのコンバータ側変圧器巻線を備える。通常の実施形態において、発電機は複数の発電機巻線群を備え、共通の変圧器は、複数の発電機巻線群のそれぞれに接続される少なくとも１つの発電機側変圧器巻線を備える。
【００１１】
任意選択で、発電機は、この発電機を共通の変圧器に結合する少なくとも１つの発電機巻線群を備え、共通の変圧器に結合されるＡＣ／ＤＣコンバータの数は、共通の変圧器に結合される発電機巻線群の数に等しくない。
【００１２】
代替的には、発電機は、この発電機を共通の変圧器に結合する少なくとも１つの発電機巻線群を備え、共通の変圧器に結合される前記複数のＡＣ／ＤＣコンバータの数は、共通の変圧器に結合される発電機巻線群の数に等しい。
【００１３】
発電機は、通常、少なくとも１つの発電機巻線を有する組を少なくとも１つ含み、通常、少なくとも１つの発電機巻線群はそれぞれ、組を複数備え、少なくとも１つの発電機巻線群のそれぞれは、通常、発電機のＡＣ出力の位相ごとに組をそれぞれ備える。
【００１４】
通常、共通の変圧器は、少なくとも１つの発電機巻線をそれぞれ有する少なくとも１つの組にそれぞれ接続される発電機側変圧器巻線を備える。共通の変圧器は、この変圧器に結合され、少なくとも１つの組のそれぞれに接続される発電機側変圧器巻線を備えることができる。
【００１５】
通常の実施形態において、上記少なくとも２つのＡＣ／ＤＣコンバータはそれぞれ、少なくとも１つの入力を、通常は複数の入力を、一般には発電機のＡＣ電気出力の位相ごとの入力を有し、共通の変圧器は、各入力に接続されるそれぞれのコンバータ側変圧器巻線を有する。
【００１６】
通常、少なくとも２つのＡＣ／ＤＣコンバータは、多相コンバータ、通常は三相コンバータであり、位相ごとにそれぞれの入力を有し、共通の変圧器は、各入力に接続されるコンバータ側変圧器巻線を有し、このコンバータ側変圧器巻線は、使用中、位相ごとに少なくとも１つの発電機側変圧器巻線に結合される。
【００１７】
任意選択で、少なくとも２つのＡＣ／ＤＣコンバータは、それぞれの単一の位相入力を有する単相コンバータであり、共通の変圧器は、単一の位相入力に接続されるコンバータ側変圧器巻線を有し、このコンバータ側変圧器巻線は、使用中、位相ごとに少なくとも１つの発電機側変圧器巻線に結合される。
【００１８】
通常、変圧器は、少なくとも１つの変圧器コア要素を有し、少なくとも１つの発電機側変圧器巻線及び少なくとも１つのコンバータ側変圧器巻線が、共通のコア要素の周りに位置する。任意選択で、共通のコア要素の周りにそれぞれ設けられるコンバータ側変圧器巻線の数及び発電機側変圧器巻線の数は等しくない。任意選択で、共通のコア要素の周りに位置する少なくとも１つの発電機側変圧器巻線と少なくとも１つのコンバータ側変圧器巻線との巻数比は１：１である。代替的には、共通のコア要素の周りに位置する少なくとも１つの発電機側変圧器巻線と少なくとも１つのコンバータ側変圧器巻線との巻数比は１：１以外である。
【００１９】
通常、変圧器は複数のコア要素を有し、１つ以上の発電機側変圧器巻線及び１つ以上のコンバータ側変圧器巻線を含む組がそれぞれ、複数のコア要素それぞれの周りに位置する。変圧器は、発電機のＡＣ電気出力の位相ごとにコア要素をそれぞれ有することができ、位相ごとに１つ以上の発電機側変圧器巻線及び１つ以上のコンバータ側変圧器巻線をそれぞれ含む組が、各位相のコア要素の周りにそれぞれ位置する。
【００２０】
任意選択で、発電機側変圧器巻線及びコンバータ側変圧器巻線は、それぞれのコア要素の長さに沿って互いに重なり合わないように配置され、発電機側変圧器巻線及びコンバータ側変圧器巻線はそれぞれ、好ましくは電気絶縁材によってそれぞれの隣接する巻線から分離される。発電機側変圧器巻線及びコンバータ側変圧器巻線はそれぞれのコア要素の長さに沿って交互に位置することができる。代替的には、コンバータ側変圧器巻線は、発電機側変圧器巻線の２組の間にまとめて設けることができる。
【００２１】
幾つかの実施形態において、発電機は、この発電機のＡＣ電気出力の位相ごとにそれぞれ１つ以上の発電機巻線を含む組を有する少なくとも１つの発電機巻線群を備え、組は互いに電気的に独立した巻線回路内にそれぞれ含まれ、巻線回路のそれぞれは、組の１つ以上の発電機巻線と直列に変圧器側巻線を含み、巻線回路のそれぞれは、更に、障害の場合に巻線回路を遮断するように動作可能な常閉スイッチングデバイスを含み、発電機ユニットは、巻線回路のいずれか１つにおいて障害を検出し、障害の検出に応じて、常閉スイッチングデバイスのそれぞれに、巻線回路を遮断させるように構成される障害検出手段を更に含む。好ましくは、常閉スイッチングデバイスのそれぞれは、変圧器巻線と１つ以上の発電機巻線を含む組との間に直列に位置する。巻線回路のそれぞれは、巻線回路とグランドとの間に接続される抵抗器を含むことができ、障害検出手段は、抵抗器に流れる電流を監視し、電流が閾値レベルを超える場合に障害を検出するように構成される。発電機ユニットは、この発電機ユニットのＤＣ電気出力における障害の検出に応じて、巻線回路のそれぞれを遮断するために、スイッチングデバイスを動作させる手段を更に含むことができる。
【００２２】
好ましい実施形態において、発電機はタービン、好ましくは潮流タービンに結合される。
【００２３】
任意選択で、複数のＡＣ／ＤＣコンバータのそれぞれの１つ以上の入力に、ヒューズがそれぞれ設けられる。
【００２４】
任意選択で、複数のＡＣ／ＤＣコンバータのそれぞれのコンバータ出力と並列に、ダイオードがそれぞれ設けられる。
【００２５】
任意選択で、ＤＣ電気出力に電流が流れ込むのを防ぐために、発電機ユニットのＤＣ電気出力と直列に少なくとも１つのダイオードが設けられる。
【００２６】
幾つかの実施形態では、エネルギー貯蔵システムを備えることができ、このエネルギー貯蔵システムは、少なくとも１つの変圧器に結合される補助ＡＣ／ＤＣコンバータと、この補助ＡＣ／ＤＣコンバータの出力に設けられる１つ以上のエネルギー貯蔵デバイス、例えば、１つ以上のキャパシタとを備える。補助ＡＣ／ＤＣコンバータは、使用中に変圧器を介して発電機から受電されるＡＣ電力が１つ以上のエネルギー貯蔵デバイスに貯蔵される第１のモードにおいて、動作可能とすることができる。補助ＡＣ／ＤＣコンバータは、貯蔵されたＤＣエネルギーが補助ＡＣ／ＤＣコンバータによってＡＣ電力に変換され、少なくとも１つの変圧器を介して発電機に与えられる第２のモードにおいて、動作可能とすることができる。任意選択で、補助ＡＣ／ＤＣコンバータの出力に補助ＤＣ／ＡＣコンバータが接続され、補助ＤＣ／ＡＣコンバータが補助ＡＣ電力出力を与えるように動作可能である。
【００２７】
本発明の更なる態様は、ＡＣ電気出力を発電する発電機を提供し、この発電機は、この発電機のＡＣ電気出力の位相ごとにそれぞれ１つ以上の発電機巻線を含む組を有する少なくとも１つの発電機巻線群を備え、組は互いに電気的に独立した巻線回路にそれぞれ含まれ、巻線回路のそれぞれは、組の１つ以上の発電機巻線と直列に変圧器側巻線を含み、巻線回路のそれぞれは、更に、障害の場合に巻線回路を遮断するように動作可能な常閉スイッチングデバイスを含み、発電機ユニットは、巻線回路のいずれか１つにおいて障害を検出し、障害の検出に応じて、常閉スイッチングデバイスのそれぞれに、巻線回路を遮断させるように構成される障害検出手段を更に含む。
【００２８】
別の態様から、本発明は、第１の態様の発電機ユニットを備えるタービン発電機ユニットを提供し、発電機はタービン、好ましくは、潮流タービンに結合される。
【００２９】
本発明の更なる態様は、アレイＤＣ電気出力を生成する、発電機ユニットのアレイを提供し、アレイは複数の発電機ユニットを備え、複数の発電機ユニットのそれぞれは、ＡＣ電気出力を発電するように構成される発電機と、この発電機に結合され、発電機ユニットの出力においてＤＣ電気出力を生成するように構成される少なくとも１つのＡＣ／ＤＣコンバータと、を含み、発電機ユニットの出力は、アレイＤＣ電気出力を供給するために並列に接続され、アレイは、少なくとも２つの出力送電ケーブルによって受電所に接続可能であり、少なくとも２つの出力送電ケーブルは、複数の発電機ユニットのうちアレイ出力ユニットであるアレイ出力発電機ユニットにそれぞれ接続され、それにより、アレイＤＣ電気出力は、アレイ出力発電機ユニットのいずれか１つ又はそれぞれによって受電所に送電可能であり、アレイ出力発電機ユニットのそれぞれは、少なくとも１つの他の発電機ユニットに接続され、それにより、接続される他の発電機ユニットからＤＣ電気出力を受電し、アレイ出力ユニットでない非アレイ出力発電機ユニットのそれぞれは、１つ以上のアレイ出力発電機ユニット及び１つ以上の他の非アレイ出力発電機ユニットの少なくとも一方に接続され、それにより、非アレイ出力発電機ユニットのＤＣ電気出力は、非アレイ出力発電機ユニットが接続される１つ以上のアレイ出力ユニット及び１つ以上の他の非アレイ出力発電機ユニットに対して送電可能とするとともに、少なくとも２つの出力送電ケーブルに対して送電可能とし、複数の発電機ユニット間の接続は、ユニット間送電ケーブルによって行われる。
【００３０】
好ましい実施形態において、複数の発電機ユニットのそれぞれは、障害のない動作モードにおいて、発電機ユニットを、ユニット間送電ケーブルのそれぞれに接続する少なくとも２つのスイッチングデバイスを含む。好ましくは、アレイは、少なくともユニット間送電ケーブルにおいて障害を検出する障害検出手段を更に含み、ユニット間送電ケーブルのいずれか１つにおける障害の検出に応じて、障害検出手段は、障害のあるユニット間送電ケーブルの各端部にあるスイッチングデバイスを開いて、複数の発電機ユニットのそれぞれを障害のあるケーブルから切り離すように構成される。
【００３１】
アレイは通常、障害の検出に応じて、複数の発電機ユニットのそれぞれからのＤＣ電気出力を、好ましくは０まで、又は実質的に０まで選択可能に低減する出力制御手段を更に含み、障害検出手段は、複数の発電機ユニットのそれぞれからのＤＣ電気出力がそのように低減された後に、スイッチングデバイスを開くように構成される。出力制御手段は、複数の発電機ユニットのそれぞれにおいて１つ以上のスイッチングデバイスを備えることができる。好ましくは、複数の発電機ユニットのそれぞれは、障害を検出し、障害を検出すると、自らのＤＣ出力を、好ましくは０まで、又は実質的に０まで低減するように構成される。
【００３２】
好ましくは、障害検出手段は、電流が流れる方向を検出し、電流が両端においてユニット間送電ケーブルに流れ込んでいると判断すると、ユニット間送電ケーブルのいずれか１つにおける障害を検出するように構成される。
【００３３】
任意選択で、障害検出手段は、複数の発電機ユニットのそれぞれにおいて、その発電機ユニットが接続されるユニット間送電ケーブルごとに障害検出デバイスを備える。障害検出デバイスのそれぞれは、発電機ユニットからユニット間送電ケーブルに流れ込む電流の方向を検出するように構成することができる。相互接続される任意の２つの発電機ユニットを接続するユニット間送電ケーブル内の障害を検出するように構成される任意の２つの発電機ユニットにおける障害検出デバイスのそれぞれは、互いに結合され、電流が両端においてユニット間送電ケーブルに流れ込んでいると判断すると、障害を検出するように構成することができる。
【００３４】
通常の実施形態において、少なくともアレイ出力ユニットでない非アレイ出力発電機ユニットは、少なくとも２つの他の発電機ユニットに接続される。任意選択で、アレイ内の複数の発電機ユニットの全てが、それぞれ少なくとも２つの他の発電機ユニットに接続される。
【００３５】
好ましくは、複数の発電機ユニットのいずれか１つからのＤＣ電気出力を、直接的に、若しくは、アレイ出力発電機ユニットへの直接接続によって、又は、１つ以上の非アレイ出力発電機ユニットへの接続によるアレイ出力発電機ユニットへの間接接続によって、出力送電ケーブルのいずれか１つ又はそれぞれに供給できるように、複数の発電機ユニットはユニット間送電ケーブルによって相互接続される。
【００３６】
任意選択で、複数の発電機ユニットは、リングを形成するようにユニット間ケーブルによって相互接続される。
【００３７】
複数の発電機ユニットのそれぞれは、スイッチングデバイスのうちの少なくとも２つを有することができ、スイッチングデバイスのそれぞれは、発電機ユニットを、アレイ内の他の発電機ユニットに接続するか、又はアレイ内の他の発電機ユニットから切り離すように、動作可能である。アレイ出力発電機ユニットのそれぞれは、自らを、出力送電ケーブルに接続し、出力送電ケーブルから切り離すための付加的なスイッチングデバイスを有することができる。
【００３８】
好ましい実施形態において、障害検出手段は、出力送電ケーブルのいずれか１つにおいて障害を検出するように構成され、出力送電ケーブルのいずれか１つにおける障害の検出に応じて、障害検出手段は、アレイ出力発電機ユニットのそれぞれにある付加的なスイッチデバイスを開いて、障害のあるケーブルからアレイ出力発電機ユニットを切り離すように構成される。障害検出手段は、出力送電ケーブルのそれぞれにおけるアレイ端のＤＣ電流が、出力送電ケーブルのそれぞれにおける受電所端のＤＣ電流を超えることを検出することによって、出力送電ケーブルのいずれか１つにおいて障害を検出するように構成することができる。
【００３９】
任意選択で、複数の発電機ユニットは、２つ以上の発電機ユニットを含む少なくとも１つのユニット列（string）を形成するようにユニット間ケーブルによって相互接続される。複数の発電機ユニットは、ユニット列を複数形成するようにユニット間ケーブルによって相互接続され、ユニット列のそれぞれは、第１の発電機ユニット及び第２の発電機ユニットを有し、これら第１の発電機ユニット及び第２の発電機ユニットがそれぞれ、１つ以上の他のユニット列におけるそれぞれの第１の発電機ユニット又は第２の発電機ユニットに接続される。第１の発電機ユニット及び第２の発電機ユニットはそれぞれ、自らを、それぞれのユニット間送電ケーブルに接続し、又はそれぞれのユニット間送電ケーブルから切り離す、付加的なスイッチングデバイスを有することができ、それぞれのユニット間ケーブルによって、第１の発電機ユニット及び第２の発電機ユニットはそれぞれ、１つ以上の他のユニット列におけるそれぞれの第１の発電機ユニット又は第２の発電機ユニットに接続される。
【００４０】
好ましい実施形態において、アレイの複数の発電機ユニットのそれぞれは、
複数のＡＣ／ＤＣコンバータを備え、この複数のＡＣ／ＤＣコンバータのそれぞれは、ＡＣ電気出力からＡＣ電気入力を受電するために発電機に結合され、複数のＡＣ／ＤＣコンバータのそれぞれのコンバータ出力においてＤＣ電気出力を生成するように構成され、
複数のＡＣ／ＤＣコンバータのそれぞれのコンバータ出力が、発電機ユニットのＤＣ電気出力を供給するために互いに直列に接続される。
【００４１】
出力制御手段における１つ以上のスイッチングデバイスは、ＡＣ／ＤＣコンバータから、発電機巻線、発電機巻線回路分岐線又は発電機巻線群を切り離すように動作可能なスイッチングデバイスをそれぞれ備えることができる。
【００４２】
好ましい実施形態において、発電機はそれぞれ、少なくとも１つの変圧器によって複数のＡＣ／ＤＣコンバータのそれぞれに結合され、出力制御手段の１つ以上のスイッチングデバイスは、少なくとも１つの変圧器から、発電機、例えば、それぞれの発電機巻線、発電機巻線回路分岐線又は発電機巻線群を切り離すように動作可能なスイッチングデバイスをそれぞれ備える。
【００４３】
好ましい実施形態において、アレイの複数の発電機ユニットのそれぞれはタービン発電機ユニットであり、発電機はタービン、好ましくは潮流タービンに、結合される。
【００４４】
好ましい実施形態において、モジュール式コンバータの概念が利用され、それにより、複数の相対的に低い電圧のＡＣ／ＤＣコンバータ、好ましくは、ＶＳＩコンバータが、それらのＤＣ端子において直列に接続され、相対的に高い電圧のＤＣ出力を生成し、電力を効率的に海岸まで送電する。
【００４５】
添付の図面を参照しながら、具体的な実施形態に関する以下の説明を検討すると、本発明の更なる有利な態様が当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】タービン発電機システムの概略図である。
【図２】陸上送電網に接続される海上水力発電タービン発電機ユニットのアレイの概略図である。
【図３】本発明の第１の態様を具現化する第１の発電機ユニットの概略図である。
【図４】本発明の第１の態様を具現化する第２の発電機ユニットの概略図である。
【図５】本発明の第１の態様を具現化する第３の発電機ユニットの概略図である。
【図６】本発明の第１の態様を具現化する第４の発電機ユニットの概略図である。
【図７】本発明の第１の態様を具現化する第５の発電機ユニットの概略図である。
【図８】第２〜第５の発電機ユニットのいずれか１つとともに使用するのに適した変圧器の概略図である。
【図９】第２〜第５の発電機ユニットのいずれか１つとともに使用するのに適した代替の変圧器の一部の概略図である。
【図１０】第２〜第５の発電機ユニットのいずれか１つとともに使用するのに適しており、本発明の更なる態様を具現化する発電機保護システムの概略図である。
【図１１】障害保護回路を備えており、第１〜第５の発電機ユニットのいずれか１つとともに使用するのに適したコンバータモジュールの概略図である。
【図１２】第２〜第５の発電機ユニットのいずれか１つとともに使用するのに適した補助電力システムの概略図である。
【図１３】本発明の別の態様を具現化するタービン発電機ユニットのアレイの概略図である。
【図１４】図１３のアレイ内で使用するのに適したタービン発電機ユニットの概略図である。
【図１５】図１３のアレイとともに使用するのに適したケーブル障害検出デバイスの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
ここで、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。図面において、同一の符号は同一の部品を示すために用いられる。
【００４８】
図１は、パワーコンバータシステム１２を介して、そして通常は変圧器１４も介して送電網に電力を供給するタービン発電機１０を備える発電機システムのブロック図を示す。タービン発電機１０は、発電機１８に結合されるタービン１６を備える。タービン１６は流体、通常は空気又は水によって駆動され、タービン１６の具体的な構成は通常、少なくとも部分的には作動流体によって決まる。最も一般的なタイプのタービン発電機１０は、風によって、又は潮流（tidal streams/currents）によって駆動される。本発明の好ましい実施形態において、タービン発電機１０は水力発電タービン発電機であるが、本発明は代替的には、風力タービン発電機システムにおいて具現化可能である。より一般的には、本発明は、任意の発電機システムとして、又はその一部として具現化可能である。
【００４９】
タービン発電機１０が水力発電タービン発電機であり、水中に設置されて使用される好ましい実施形態において、故障又は摩耗を受けやすい構成要素の使用を回避することが好ましい。それゆえ、タービン１６は固定ピッチブレードを有することが好ましい。また、発電機１８は、歯車を介して結合される相対的に高速の発電機とは対照的に、タービン１６に直接結合される相対的に低速の発電機であることが好ましい。さらに、発電機１８は、ブラシ及びスリップリング又は整流子を必要とする構成よりも、永久磁石励磁の永久磁石発電機であることが好ましい。好ましい実施形態において、タービン１６は、潮流タービン、例えばオープンセンタタービン（open centre turbine）を含む。好ましい発電機１８は、直結型の永久磁石発電機である。
【００５０】
発電機１８は、使用中、タービン１６によって生成された機械エネルギーを電気エネルギーに変換する。通常、発電機１８は、三相ＡＣ電力出力を生成するように構成される。発電機出力は、タービン１６の回転速度に比例する電圧及び周波数を有する。任意の適切な数の位相を有する構成を利用できることは理解されよう。発電機の幾つかの設計では、巻線のコイルをグループ分けし、電気的に切り離された２つ以上の出力を与えることができる。
【００５１】
タービン１６及び発電機１８は、設置されると、沖合にある水中設備の一部となる。送電網は、海岸付近に、又は陸上に位置する。それゆえ、発電された電力を水中設備から送電網又は他の陸上／海岸付近の受け渡し位置（delivery point）まで送電するために、１つ以上の送電ケーブルが設けられる。発電機１８は、防水ハウジング（図示省略）内に設けられる。発電機ハウジングの外部に設けられ得るタービン１６は、ドライブシャフト１７によって発電機に結合されるか、又は水中で動作するリム発電機が使用される場合がある。パワーコンバータシステム１２、変圧器１４等の発電システムの他の構成要素は、便宜上、水中の防水ハウジング内に設けられる場合がある。例えば、パワーコンバータシステム１２及び変圧器１４は発電機ハウジング内に設けられる場合がある。しかしながら、好ましい実施形態において、パワーコンバータシステム１２の一部のみが水中設備の一部として設けられ、パワーコンバータシステム１２の残りの部分及び変圧器１４は、陸上又は海岸付近の受電所に、便宜上は送電網との接続点に位置する。これは、水中設備のコストを低減し、水中設備を小型化するので望ましい。
【００５２】
タービン発電機１０から陸上の送電網との接続点まで（通常、タービンから数キロメートルに及ぶことがある）大量の電力を送電するために、送電ケーブル（複数の場合もある）は高電圧において動作することが好ましい。しかしながら、タービン発電機１０内における発電機巻線等の電気的要素は、信頼性及び経済性を考えて、通常は、はるかに低い電圧において動作するように設計される。この問題に対処する１つの方法は、パワーコンバータシステム１２及び変圧器１４を水中設備に設けることであり、海岸まで送電するために高電圧ＡＣ電力が生成されるように、パワーコンバータシステム１２及び変圧器１４を構成することである。例えば、変圧器１４は、通常４００Ｖ又は６９０Ｖであるパワーコンバータシステム１２の出力を、海岸まで送電するための２２ｋＶの出力電圧に変圧するように構成することができる。しかしながら、この構成は、水中設備、特に発電機ハウジングのコストを削減し、小型化するという希望に適合しない。
【００５３】
必要に応じて、送電される電力を、送電網に適した電圧レベルに、又は代替的には、送電網への接続の前に必要とされ得る後続の電力変換ステージへの接続に適した電圧に変圧するために、陸上に付加的な変圧器（図示省略）が設けられる。
【００５４】
通常、複数のタービン発電機１０が電気的に相互接続され、これにより、複数のタービン発電機１０が発電した電力が送電網への送電のために合成される。これが図２に示されており、図２は、複数のタービン発電機ユニット２０が、通常、相対的に短い電力ケーブル２２によって電気的に互いに（並列に）接続されるそれぞれの出力を有し、送電網に接続される受電所２６へ合成された電力を搬送する少なくとも１つの主送電ケーブル２４に給電することを示している。タービン発電機ユニット２０は、設置されると、沖合の水中に位置し、一方、受電所２６は陸上に、又は海岸付近に位置する。タービン発電機ユニット２０の種々の構成要素が、便宜的に、１つ以上の防水ハウジング内に設けられ得る。
【００５５】
パワーコンバータシステム１２は、発電機１８からのＡＣ出力電力を周波数及び電圧の少なくとも一方が異なるＡＣ電力に変換するＡＣ／ＡＣコンバータである。パワーコンバータシステム１２は、周波数コンバータと呼ばれる場合がある。パワーコンバータシステム１２は、第１ステージコンバータ２８及び第２ステージコンバータ３０を備える。第１ステージコンバータ２８は、発電機１８から受電され、発電機１８の回転速度に対応する周波数を有する入力ＡＣ電力をＤＣ電力に変換するように構成される整流器である。第２ステージコンバータ３０は、第１ステージコンバータ２８によって供給されたＤＣ電力を、発電機システムの後続部に適合する電圧及び周波数を有するＡＣ電力に変換するように構成されるインバータである。第１ステージコンバータ２８及び第２ステージコンバータ３０は、ＤＣリンク３２によって接続することができる。
【００５６】
第１ステージコンバータ２８は任意の適当な形態をとることができ、例えば、サイリスタブリッジ等の三相位相制御方式の整流器とすることができる。代替的には、第１ステージコンバータ２８は、後段にダイオードブリッジが続くサイリスタＡＣコントローラとすることができる。好ましい実施形態において、第１ステージコンバータ２８は、電圧源インバータ（ＶＳＩ）コンバータ、又は電圧源コンバータである。ＶＳＩコンバータは、トランジスタ及びダイオードブリッジ整流器を含むことができ、通常は、ＤＣ出力（ＤＣリンク）に少なくとも１つのシャントキャパシタ（shunt capacitor）を備える、三相トランジスタ及びダイオードブリッジ整流器を含むことができる。例えば、第１ステージコンバータ２８は、能動フロントエンド（active front end）として動作し、定電圧ＤＣリンク／ＤＣ出力とともに動作するように構成される電圧源インバータ型コンバータとすることができる。第１ステージコンバータ２８は、代替的には、電流源インバータ（ＣＳＩ）型コンバータとすることができる。
【００５７】
第２ステージコンバータ３０は、任意の適当な形態をとることができ、例えば、位相制御、電流源、ライン転流インバータとして動作するサイリスタブリッジとすることができる。代替的には、第２ステージコンバータ３０は、ＣＳＩ型コンバータとすることができる。
【００５８】
好ましい実施形態において、パワーコンバータシステム１２は、水流速度が定格値より小さい時点において最適な電力が発電されるのを確実にし、水流速度が定格値より大きい時点において発電される電力を制限するために、タービン１６の動作、詳細には、タービンの回転速度を制御するように構成される。このために、タービンを通る水流速度の示度（indiccation）を判断し、それに応じて、パワーコンバータシステム１２を制御するように構成される制御ユニット（図示省略）によって、パワーコンバータシステム１２の動作を制御することができる。
【００５９】
図２に示されるように、好ましい実施形態において、第１ステージコンバータ２８は、水中設備の一部として、より詳細には、それぞれのタービン発電機ユニット２０の一部として設けられる。便宜上、第１ステージコンバータ２８は、防水ハウジング内に設けられる。しかしながら、第２ステージコンバータ３０は、受電所２６に設けられることが好ましい。したがって、各タービン発電機ユニット２０がＤＣ電力出力を生成する。同様に、電気的に相互接続される一連のタービン発電機ユニット２０からの合成出力は、ＤＣ電力出力である。そのような一連のタービン発電機ユニット２０は、ＤＣアレイ（array）と呼ばれる場合がある。
【００６０】
上記で言及されたタイプの通常の第１ステージコンバータは、例えば、４００Ｖ〜１２００Ｖの範囲のＤＣ出力を生成する場合があるが、その範囲のＤＣ出力は、発電された電力を海岸まで効率的に送電することに適合するとは考えられていない。それゆえ、本発明の一態様によれば、複数の第１ステージ（ＡＣ／ＤＣ）コンバータが単一の発電機に結合され、そして、コンバータのそれぞれのＤＣ出力が電気的に直列に接続されて、合成されたＤＣ出力が生成される。
【００６１】
これは、タービン発電機ユニット２０として使用するのに適した発電機ユニット１２０を示す図３に図示されている。発電機ユニット１２０は、その発電機巻線１１９のみが示される発電機１１８を備える。この例において、発電機１１８は、複数の発電機巻線群１２１を有し、各発電機巻線群１２１は使用中に生成されるＡＣ出力の位相ごとに１つ以上の発電機巻線１１９（通常、位相ごとに同じ数の発電機巻線１１９）を備える。通常、各発電機巻線群において、位相ごとにそれぞれの巻線回路分岐線（winding circuit branch）１２３が設けられ、各巻線回路分岐線１２３は少なくとも１つの発電機巻線１１９、すなわちコイルを有する。巻線回路分岐線１２３は、例えば、スター構成又はデルタ構成において互いに接続され得る。図示される実施形態では、例示にすぎないが、巻線回路分岐線１２３あたり３つの発電機巻線が存在する。
【００６２】
発電機１１８は、三相ＡＣ出力を生成すると仮定されるので、各発電機巻線群１２１は、三相の位相ごとにそれぞれの巻線を有する。ＡＣ／ＤＣコンバータ１２８は、発電機巻線群１２１ごとにそれぞれ設けられる。ＡＣ／ＤＣコンバータ１２８は、多相コンバータ、この場合には三相コンバータであり、それぞれの発電機巻線群の多相出力に接続される対応する多相入力を有する。ＡＣ／ＤＣコンバータ１２８はそれぞれ、ＤＣ端子ＣＴ＋，ＣＴ−からＤＣ出力を供給する。ＡＣ／ＤＣコンバータ１２８のそれぞれのＤＣ端子は、発電機ユニット１２０のＤＣ端子ＵＴ＋，ＵＴ−において、合成されたＤＣ出力を供給するために、直列に接続される。モジュール式コンバータの概念を利用することで、電力を受電所まで効率的に送電すべく、相対的に低い電圧のＡＣ／ＤＣコンバータモジュール、好ましくは、ＶＳＩコンバータモジュールを、それらのＤＣ端子において直列に複数接続して、相対的に高い電圧のＤＣ出力を生成することが理解されよう。発電機ユニットの高電圧ＤＣ出力が、送電網にとって正しいレベルにある場合には、受電所２６において変圧器は不要である。
【００６３】
図３の実施形態に関する問題は、ユニット１２０の正の出力端子ＵＴ＋にあるか、又はそれに近いコンバータに接続される発電機巻線群１２１が、グランドに対して相対的に高い電位にあり、これが、巻線絶縁に許容できない電気的ストレスを引き起こす可能性があるということである。
【００６４】
それゆえ、好ましい実施形態において、第１ステージコンバータと発電機との間に１つ以上の変圧器が設けられる。変圧器（複数の場合もある）はコンバータを発電機に（詳細には発電機巻線に）電気的に結合するが、同時に発電機巻線をコンバータから電気的に絶縁する（有利にはガルバニック絶縁を与える）。
【００６５】
これは、タービン発電機ユニット２０として使用するのに適した発電機ユニット２２０を示す図４に図示されている。発電機ユニット２２０は、図３の発電機ユニット１２０に類似しており、別段の指示がない限り、同じ又は類似の説明が適用される。第１ステージコンバータ２２８と、図４において発電機巻線２１９の発電機巻線群２２１によって表される発電機２１８との間に１つ以上の変圧器２３４が設けられる。
【００６６】
また、図４は、好ましいタイプの第１ステージコンバータ（それは本明細書において説明される実施形態のいずれかにおいて使用される場合がある）、すなわち、ＶＳＩコンバータを示す。ＶＳＩコンバータモジュール２２８は、ＤＣ端子ＣＴ＋，ＣＴ−からＤＣ出力を供給し、それらの端子はＤＣリンクを提供し、端子ＣＴ＋，ＣＴ−間のＤＣ出力は、ＤＣリンク電圧と呼ばれる場合がある。端子ＣＴ＋，ＣＴ−間には、少なくとも１つのシャントキャパシタ２３６が設けられる。各ＶＳＩコンバータモジュール２２８のＤＣリンクは、端子ＵＴ＋，ＵＴ−において、合成されたＤＣ出力を与えるために直列に接続される。図示される実施形態において、各ＶＳＩコンバータ２２８は多相コンバータ、特に三相コンバータであり、対応する多相入力を有する。ＶＳＩコンバータ２２８は多相ブリッジ、この場合には三相ブリッジを備え、ブリッジの各分岐線が、半導体スイッチ２３８及びフリーホイールダイオード２４０を備える。一例として、スイッチ２３８は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のスイッチングデバイス、又は集積ゲート転流サイリスタ（ＩＧＣＴ）若しくはゲートターンオフ（ＧＴＯ）サイリスタ等の他のタイプのスイッチングデバイスとすることができる。有利には、ＤＣリンクキャパシタ２３６は、スイッチングデバイス２３８のスイッチングサイクル期間中、実質的に一定のＤＣリンク電圧を保持する。代替の実施形態において、上記で論じられたように、他のタイプの第１ステージコンバータモジュールが代替的に使用される場合があることに留意されたい。
【００６７】
図５は、タービン発電機ユニット２０として使用するのに適した発電機ユニット３２０を示している。発電機ユニット３２０は、図４の発電機ユニット２２０に類似しており、別段の指示がない限り、同じ又は類似の説明が適用される。
この実施形態において、第１ステージコンバータ３２８（ＶＳＩコンバータであることが好ましいが、必ずしもＶＳＩコンバータとは限らない）のそれぞれと発電機３１８のそれぞれの発電機巻線群３２１との間に、それぞれ変圧器３３４が設けられる。
【００６８】
本発明を具現化する発電機ユニット２０，１２０，２２０，３２０を電気的に並列に複数接続して、図２を参照しながら説明されたようなＤＣアレイを設けることができる。例えば、アレイ内の全てのユニットからの総ＤＣ電力を、送電ケーブル（複数の場合もある）２４を介して受電所２６に送電できるように、それぞれの出力ＵＴ＋，ＵＴ−をアレイ電力ケーブル２２によって並列に接続することができる。受電所２６は同様に構成することができるか、又は少ない数の大電力中電圧コンバータを使用することができる。
【００６９】
一例として、発電機ユニット２０，１２０，２２０，３２０がそれぞれ、最大で２．５ＭＷのＤＣ電力を送電する場合には、図示のようにＤＣ出力電圧が２５ｋＶである事例に関して、第１ステージコンバータ２８，１２８，２２８，３２８がそれぞれ、１００ＡのＤＣ定格電流を有するべきである。この定格電流のＩＧＢＴは、既製の三相ブリッジとして入手することができ、この三相ブリッジは、便宜的には、配線及びＥＭＣ問題を最小化するために、真上に収まるように整合用ゲートドライブ及びスナバを備える単一のモジュール内にある。最大で１２００Ｖの定格のデバイスに基づくブリッジは広く市販されており、１７００Ｖの定格の少数のデバイスも市販されている。１７００Ｖデバイスを使用する各ブリッジは、通常、最大で約１１００ＶまでのＤＣリンク電圧を有する。それゆえ、そのようなブリッジを備える約２４個の第１ステージコンバータモジュールを直列に使用して、２５ｋＶのＤＣ送電電圧を与えることができる。更に多くの（又は少ない）コンバータモジュールを直列に使用することによって、より高い（又は低い）ＤＣ送電電圧を構成することができる。
【００７０】
例えば、図示される発電機１８，１１８，２１８，３１８が各巻線回路分岐線１２３内に直列に３つの発電機巻線（コイル）１９を有し、２４個の並列の発電機巻線群１２１，２２１，３２１を有する場合には、発電機巻線群１２１，２２１，３２１ごとに別々のコンバータモジュール１２８，２２８，３２８を使用し、図３及び図５に示されるように、それらのＤＣリンクを直列に接続することが一案である。
【００７１】
変圧器（複数の場合もある）２３４，３３４では、１：１の巻数比、すなわち、発電機出力からコンバータ入力までに電圧の昇圧又は降圧がないような巻数比とすることができる。任意選択で、その変圧器又は各変圧器２３４，３３４では、１：１以外の巻数比、すなわち、発電機出力からコンバータ入力までに電圧の昇圧又は降圧があるような巻数比とすることができる。１：１以外の巻数比を有する変圧器を使用することにより、コンバータ定格電圧によって制約されない電圧において動作するように発電機巻線を設計する可能性が提供される。
【００７２】
例えば、図示される例に関して、２：１の巻数比を有する変圧器（複数の場合もある）によって、発電機巻線が、３個ではなく、６個のコイル１９を直列に有することができるようになり、２４個ではなく、１２個の発電機巻線群を並列に使用できるようになるので、必要とされる巻線ケーブルの量が半分になる。代替的には、各巻線コイル１９は、より多くの数の巻数の、より細い導体を有するように設計することができ、これらは、組み立てるのが簡単であり、より細いケーブルを用いて接続することができる。
【００７３】
図５の例によって示されるように、本発明を具現化する発電機ユニットでは、等しい数の巻線コイル群１２１，２２１，３２１の数とコンバータモジュール１２８，２２８，３２８の数とを等しくすることができ、すなわち、巻線群ごとに１つのコンバータを有することができる。任意選択で、各巻線群とこれに結合されるコンバータとの間に、それぞれ変圧器２３４，３３４が設けられる。しかしながら、複数の変圧器を有することにより、発電機ユニットが大きく、かつ複雑になる。有利には、コンバータ２１８，３１８のうちの少なくとも２つ、好ましくは全てを共通の変圧器、すなわち、同じ変圧器に結合することによって、この制約を回避することができる。複数の変圧器を結合して、複数の巻線を有する単一の変圧器にすることによって、これを果たすことができる。そのような変圧器は、個別の変圧器による同等の組み合せより、コンパクトになり、効率的である。
【００７４】
これは、図６の例によって示されている。図６は、その発電巻線群４２１によって表される発電機４１８が、共通の変圧器４３４によって、複数のＡＣ／ＤＣコンバータ４２８に結合されていることを示す。発電機４１８は３つの発電機巻線群４２１を備える三相発電機であり、各発電機巻線群は位相ごとに巻線回路分岐線４２３を有し、各巻線回路分岐線は４つの巻線コイル４１９を有する。代替の実施形態では、位相、発電機巻線群、巻線回路分岐線及び巻線回路分岐線あたりの巻線の少なくとも１つが上下する場合があることは理解されよう。図６では、２つのコンバータモジュール４２８を示しているが、代替の実施形態では、それより多くの、又は少ないコンバータモジュールが存在する場合がある。
【００７５】
変圧器４３４は、変圧器コア４４２と、変圧器コア４４２の周りにある複数のコンバータ側変圧器巻線４４４と、変圧器コア４４２の周りにある少なくとも１つの（通常は複数の）発電機側変圧器巻線４４４と、を有する。変圧器コア４４２は、通常、発電機によって生成される位相ごとにそれぞれのコア要素４４８を有する。例示的な三相発電機の場合、３つのコア要素４４８Ａ，４４８Ｂ，４４８Ｃが存在する。各コア要素４４８は、少なくとも１つのコンバータ側変圧器巻線と、少なくとも１つの発電機側変圧器巻線とを有し、少なくとも１つのコンバータ側変圧器巻線は、少なくとも１つの発電機側変圧器巻線に電磁結合される。上記で示されたように、それぞれの発電機側変圧器巻線と、それらが結合されるコンバータ側変圧器巻線との巻数比は、所望により、１：１にするか、あるいは１：１以外にすることができる（ただし、通常は、変圧器全体を通して、すなわち、結合される巻線群−コンバータ対ごとに、選択される巻数比は同じである）。各コア要素４４８上において、発電機側変圧器巻線の数とコンバータ側変圧器巻線の数は等しいか、又は異なる。すなわち、コンバータ側変圧器巻線より多くの発電機側変圧器巻線が存在する場合があるか、その逆の場合があるか、又はそれぞれ同じ数の場合がある。これは、変圧器４３４によって結合される巻線群４２１及びコンバータ４２８のそれぞれの数が等しいか、あるいは異なるかどうかに対応する。変圧器４３４の発電機側において、各発電機巻線群４２１が、位相ごとにそれぞれの発電機側変圧器巻線４４６（すなわち、三相変圧器巻線又は他の多相変圧器巻線）に接続される。より詳細には、各発電機巻線群４２１の各巻線回路分岐線４２３が、それぞれの発電機側変圧器巻線４４６に接続される。通常、それぞれの発電機側変圧器巻線４４６は、それぞれの巻線回路分岐線４２３の巻線と直列に接続される。図６において、それぞれの発電機側変圧器巻線４４６は、それぞれの巻線回路分岐線に接続される一端と、それぞれの発電機巻線群における他の発電機側変圧器巻線との共通点に接続される他端と、を有する。変圧器４３４のコンバータ側において、各コンバータ４２８が、位相ごとにそれぞれのコンバータ側変圧器巻線４４４（すなわち、三相変圧器巻線又は他の多相変圧器巻線）に接続される。より詳細には、位相ごとのそれぞれのコンバータ入力は、それぞれのコンバータ側変圧器巻線４４４に接続される。通常、それぞれのコンバータ側変圧器巻線４４４は、それぞれのコンバータ入力に直列に接続される。図６において、それぞれのコンバータ側変圧器巻線４４４は、それぞれのコンバータ入力に接続される一端と、それぞれのコンバータにおける他のコンバータ側変圧器巻線との共通点に接続される他端とを有する。
【００７６】
図６に示されるように共通の変圧器４３４を設けることによって、発電機巻線群４２３の数に比べてコンバータ４２８の数を異なるようにすることができるが、互いに等しい数のコンバータ４２８及び巻線群４２３を備える共通の変圧器も実現することができる。これと、発電機側変圧器巻線とコンバータ側変圧器巻線との巻数比を選択可能であることと、によって、２つの設計自由度を提供し、それにより、発電機側において発電機により生成される出力電圧に関する制約が小さくなり、コンバータ側において、特に市販のコンバータモジュールを用いて、所望の合成されたＤＣ出力レベルを生成する自由度が高くなる。
【００７７】
一例として、発電機ユニット４２０は、発電機側のための１２個の三相巻線４４６と、コンバータ側のための２４個の三相巻線４４４と、を備えることができる。２４個のコンバータ４２８はそれぞれ１１００ＶのＤＣリンクを有し、これにより、合成された出力電圧を最大で２６．４ｋＶとし、海岸に送電するための実際の電力を最大で約３０ＭＷ〜４０ＭＷとすることができる。
【００７８】
相対的に多くの数の変圧器巻線は、標準的な構成の変圧器内に収容するのが難しい可能性がある。本明細書において説明される他の実施形態の多相コンバータの代わりに、図７に示されるような単相コンバータ５２８を使用することによって、コンバータ側変圧器巻線の全数を３分の２に削減することができる。残念なことに、単相コンバータブリッジは、０から平均電力の２倍まで変動する電力を受電する。それゆえ、そのＤＣリンク電圧を安定させるために、相対的に大きなＤＣキャパシタ５３６が必要とされる。ケーブル障害の場合に、一連の発電機ユニットからの高い放電電流を回避するために、コンバータのＤＣ出力及び発電機ユニットのＤＣ出力に接続されるキャパシタンスを相対的に低く、又は最小限にすることが望ましい。それゆえ、三相コンバータが好ましいので、非標準的な変圧器構成が有利である。
【００７９】
通常形態の変圧器巻線は、一次側及び二次側の同心円筒体となる。円筒体の両端を除いて、内側巻線への接続を設けることは非常に困難であるので、巻線を複数の切り離された部分に分割するのは実用的ではない。高電圧変圧器のために大抵の場合に使用される代替の構成は、円板形コイルの組を使用することである。その際、複数の接続が簡単である。
【００８０】
図８は、積層された円板状変圧器巻線を使用し、パンケーキコイル構成と呼ばれることがある好ましい変圧器構成を示す。各変圧器巻線は、変圧器のコア要素６４８のいずれか１つの周りに設けられる円板形コイルを備える。各巻線は電気的絶縁層６５０（任意の従来の変圧器絶縁材料を使用することができる）によって、隣接する１つ以上の巻線からそれぞれ分離される。絶縁材６５０は、異なる電位に保持される巻線を分離する。好ましくは、コンバータ側変圧器巻線６４４の間に発電機側変圧器巻線６４６が差し込まれる。図８の例において、発電機側変圧器巻線６４６とコンバータ側変圧器巻線６４４とが交互に配置される。巻線を差し込むことにより、変圧器６３４は極めて低い漏れリアクタンスとなる。数多くの変圧器適用例において、低い漏れリアクタンスを有することが望ましいが、この場合には、高いリアクタンスが有用である。第一に、リアクタンスは、発電機が受けるスイッチング周波数電圧を減衰させるフィルタとしての役割を果たし、第二に、変動する潮汐流内の過渡的なピークに機械がより良好に対処できるように、発電機回路内の付加的なインダクタンスが、磁界を弱める性能を高める。
【００８１】
図９は、コンバータ側変圧器巻線７４４が１つにまとめられ、発電機側変圧器巻線７４６の２つのサブセットの間に位置するように巻線が再配置される代替の変圧器７３４（の１つの相のみ）を示す。図９に示される構成によれば、より高い漏れリアクタンスを提供することになり、隣接するコイル間の電位差がコンバータブリッジにおけるＤＣリンク電圧の２倍未満、又は約２２００Ｖ未満になるように、コンバータ側変圧器巻線７４４を構成できるようになる。変圧器設計において、漏れ磁束密度を制限することに注意を払うべきであり、そうでなければ、巻線内に大きな渦電流損が引き起こされる場合がある。図８の構成と図９の構成との間の中間程度の差し込み方が適切な場合がある。
【００８２】
同心円筒巻線には、当然ながら、一般に油である冷媒のための垂直流路が設けられている。パンケーキコイルを備える変圧器は、代替の冷却構成に適している。１つの手法は、熱分路を使用することである。これは、コイル間に導熱板を設けて、熱を外面まで伝達することを伴い、その外面において、空気又は液体冷却システムによって熱を除去することができる。別の手法は、直接水冷を使用することである。これは、内部に水路を備えるように押し出し成形された銅導体から変圧器巻線を形成することを伴う。
【００８３】
上記で言及されたように、ケーブル障害の場合には蓄積されたエネルギーが障害箇所に放電されるので、コンバータ２８，１２８，２２８，３２８，４２８のＤＣリンク／ＤＣ出力において、相対的に低い、又は最小限のキャパシタンスが望ましい。キャパシタ２３６，４３６，５３６は、その関連するＡＣ／ＤＣコンバータブリッジの高周波数スイッチングによって生成されるリップル電流を通すために必要とされる。リップル電流の振幅はＡＣ電流に関連するので、高いスイッチング周波数が使用される場合には、より小さなキャパシタを使用することができる。コンバータブリッジのために使用される相対的に小さなスイッチングデバイスは、１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ等の非常に高い周波数の動作を可能にする。リップル電流の周波数が高いことから、ポリプロピレンフィルムタイプ等の、低等価直列インダクタンス及び低等価直列抵抗を有するキャパシタを使用するのが妥当である。さらに、これらのキャパシタは、頻繁に使用される電解キャパシタより長い寿命を有する。
【００８４】
相対的に多くの数のＡＣ／ＤＣコンバータブリッジが直列で接続される通常の実施形態において、コンバータブリッジの間で全電圧が正確に共有されることが望ましく、正確に共有されない場合には、１つのブリッジに過度の電圧が印加され、損傷を引き起こす場合がある。しかしながら、好ましい実施形態における正常動作中に、生成されるＤＣ電圧が同じになる同じ信号によってあらゆるＡＣ／ＤＣコンバータブリッジを切り替えさせることによって、コンバータ側変圧器コイル４４４，５４４，６４４が全て同じ電磁場（emf）を生成するので、各コンバータモジュール２８，１２８，２２８，３２８，４２８は、実質的に同じ入力電圧を受電する。
【００８５】
好ましい実施形態において、発電機ユニットアレイが、想定される範囲の電気的障害を受けても、継続的に動作して送電網に電力を送電するのを保証するために、保護措置が採用される。
【００８６】
巻線の層間短絡（shorting between turns）によって引き起こされる個々の発電機巻線コイル内の障害により、短絡した層間に大きな誘導電流が流れ、高い温度と、巻線外装（winding enclosure）の膨張と、そしてこれが回転子との接触につながる場合には多大な損傷とを引き起こす。巻線温度と、位相電流間、及び巻線群間のバランスとを監視することによって、これらの障害を検出することができる。しかしながら、簡単な不揃いのエナメル線巻線が使用され、最大で１８０℃までにおいて動作する場合であっても、電気機械類においてそのような障害は極めてまれである。好ましい実施形態では、発電機コイル及び提案される変圧器コイルはいずれも、ハーフラップテープ（half-lapped tape）で絶縁されたストリップ導体の積層された巻線を備え、好ましくは、水冷によって、温度が電気絶縁基準で極めて低いままであることを保証する。
【００８７】
例えばケーブルスプライスにおける線間短絡等、発電機巻線システム内の他の場所における絶縁不良は、各発電機巻線群上の電気機械又は固体接触器による更なる損傷を防ぐために切り離されることが可能である。図１０は、発電機７１８のための好ましい障害保護装置７７０を示す。障害保護装置７７０は、発電機１８，２１８，３１８，４１８，５１８とともに使用するのに適しており、本発明の別の態様を具現化する。図１０において、発電機７１８はその発電機巻線７１９によって表される。図１０において、１つの発電機巻線群７２１のみが示されるが、実際には、発電機７１８は複数の発電機巻線群を有することになる。好ましくは、障害保護装置７７０はそれぞれ、発電機巻線群７２１ごとに設けられる。各発電機巻線群７２１は、位相ごとに１つ以上（通常、各位相で等しい数）の発電機巻線７１９すなわち巻線コイル７１９の組をそれぞれ有する。図示される実施形態では、位相あたりの巻線コイル７１９を４つとしているが、代替の実施形態では、巻線コイルの数をより多く、又はより少なくすることができる。通常の実施形態では、（図示されるように）３つの位相であるが、代替の実施形態では、位相数をより多く、又はより少なくすることができる。各位相のそれぞれの発電機巻線７１９は、それぞれの巻線回路７２３内で直列に設けられる。各巻線回路７２３は、巻線コイル７１９と直列にそれぞれの変圧器巻線７４６を更に含む。また、各巻線回路７２３は、障害の場合にそれぞれの巻線回路７２３を遮断するように動作可能である常閉のスイッチングデバイス７７２、典型的にはＡＣ回路遮断器をそれぞれ含む。スイッチングデバイス７７２は、変圧器巻線７４６と発電機巻線７１９との間に直列に位置することが好ましい。スイッチングデバイス７７２は従来のいかなる障害検出デバイス（図示省略）によっても動作させることができる。障害検出デバイスは、通常、それぞれの巻線回路７２３内の電流を監視し、障害電流の検出に応じて、（例えば、リレー又は他のスイッチ作動手段を用いて）それぞれのスイッチングデバイス７７２を開き、それにより、巻線を保護するように構成される電流センサを備える。これを促進するために、巻線回路７２３は、例えば約１０００オームの、相対的に高い抵抗値の接地抵抗器７７４（すなわち、巻線回路７２３とグランドとの間に接続される抵抗器）を含むことができ、電流センサは、接地抵抗器７７４を通って流れる電流を監視するように構成される。使用中、任意の短絡障害によって、関連する高抵抗接地抵抗器７７４を通ってわずかな電流が流れる。そのような電流によって、障害を検出できるようになり、スイッチングデバイス７７２を開くことができるようになる。巻線群内の障害を検出すると、巻線群内の３つの位相が通常、共通のケーブル及びコイル外装を共有するので、その群の全ての巻線回路７２３のスイッチングデバイス７７２を開くことが好ましい。より一般的には、任意の１つの位相において検出される障害は、例えば、ケーブル内の過熱した又は損傷を受けた領域の徴候である可能性があり、その徴候は、短時間のうちに、ケーブル、コネクタハウジング又は他の構成要素を共有する他の回路内の問題につながることになるので、共通のケーブル及びハウジングを共有する全ての回路を切り離し、停止することが好ましい。それぞれのスイッチングデバイス７７２は、個別に動作可能なスイッチングデバイスとして実現されるようにすることができ、又は単一のスイッチングデバイスにおけるそれぞれの接点（contact）として実現されて、これにより、接点７７２の全てを同時に動作させるようにすることができる。
【００８８】
従来の巻線群とは異なり、位相のための巻線回路７２３は、互いに電気的に接続されず、例えば、従来のようにスター結線もデルタ結線もされず、電気的に分離したままである。これは、回路７２３内のただ１つのスイッチングデバイス７７２を使用することによって巻線７１９，７４６を保護する（切り離す）ことができることを意味するという点で有利である。これは、障害の場合に発電機巻線７１９を切り離すのに少なくとも２つのスイッチングデバイスが必要とされる従来の巻線群の構成、例えばスター結線又はデルタ結線された巻線群、とは対照的である。それゆえ、本発明のこの態様の実施形態は、サイズ及びコストに関する著しい節約を提供することができる。
【００８９】
通常の実施形態において、スイッチングデバイス７７２及び障害検出デバイスは、バルクヘッドコネクタ７７８によって発電機巻線群７２１に電気的かつ機械的に接続可能なモジュール内に設けることができる。モジュールは、変圧器巻線７４６を収容することができるか、又は別の方法で変圧器巻線７４６に接続することができる。
【００９０】
障害保護装置７７０は、１つ以上の変圧器に接続される発電機とともに使用するのに適していることは明らかであろう。これには、本明細書において説明される発電機ユニット２０，２２０，３２０，４２０，５２０の発電機だけでなく、発電機巻線が１つ以上の変圧器巻線に接続される任意の発電機及び発電機システムも含まれる。
【００９１】
好ましい実施形態において、コンバータモジュール２８，１２８，３２８，４２８，５２８のうちの１つにおける障害は、コンバータの整流器ブリッジを構成する、各ＩＧＢＴ２３８と並列のフリーホイールダイオード２４０を通して自然に迂回される。図１１を参照すると、更なる確実性が望ましいと考えられる場合には、付加的なダイオード８８０を、コンバータモジュール８２８のＤＣ出力と並列に、例えば図１１に示されるＤＣリンクキャパシタと並列に、接続することができる。それぞれの発電機（図１１では図示省略）が継続して動作するために、障害を起こしたコンバータモジュールは、その変圧器巻線（図１１では図示省略）から切り離されるべきである。これは、図１１に示されるように、それぞれのコンバータモジュール入力とそれぞれのコンバータ側変圧器巻線との間に直列に位置するそれぞれのヒューズ８８２によって最も容易に行われる。
【００９２】
また、図１１は、アレイ内の他の発電機ユニットの動作に影響を及ぼす１つの発電機ユニット８２０内の障害を防ぐために使用可能な、発電機ユニット８２０のＤＣ出力に直列に設けられるダイオード８８４も示す。通常、ＤＣ出力に少なくとも２つのダイオード８８４が直列に設けられる（この場合には、正のＤＣ端子ＵＴ＋に接続される）。アレイ電圧に耐えるために、通常、複数の直列ダイオードが必要とされ、これらのダイオードはそれぞれ、図１１に示されるように、好ましくは、並列の電圧平衡抵抗器（voltage-balancing resistor）８８６を有するべきである。ダイオード８８４は、便宜上、通常０．１ｍＡの漏れ電流を有する、１２００Ｖかつ１２０Ａの構成要素から組み立てられる。例えば、それらのダイオードは、１０００Ｖにおいて動作することができ、ダイオードに逆バイアスがかけられるときに１Ｗを消費する約１ＭΩの電圧平衡抵抗器を使用することができる。通常、ダイオード８８４はそれぞれ、発電機が最大出力にあるときに約１００Ｗを消費するので、それらは、コンバータモジュール（図示省略）を冷却するために設けられる同じ冷却システムによって便宜的に冷却されるヒートシンクのセット上に実装されることが好ましい。
【００９３】
送電網が、通常最大で約２秒間にわたって継続する、電圧低下及び低電圧障害を受ける可能性がある。そのような障害が生じるとき、送電系統の条件では、発電機ユニットは、送電系統に接続されたままであり、障害が解消されると直ちに発電する準備ができていなければならない、ということもある。そうでなければ、発電が突然失われて、送電網が不安定になる可能性がある。そのような障害中に、タービンは電力を生成し続けるが、送電網は受電することができない。その余剰エネルギーによって、回転速度及びキャパシタ電圧が上昇する。危険な暴走（excursion）を回避するために、発電機ユニットに、エネルギーを吸収し、その後、消費することができる高速作動の電気負荷を取り付けるのが通例である。通常、ＡＣ／ＤＣ／ＡＣコンバータを備える風力タービンにおいて、これは、ＤＣリンクに接続され、チョッパによって制御される抵抗器の形をとる。
【００９４】
例えば、本明細書において説明及び図示されるような一連の発電機ユニットを含み得るＤＣ潮汐タービンアレイにおいて、そのような暴走を防ぐための選択肢は、陸上の変電所２６にあるＤＣ／ＡＣコンバータ３０への入力に、共通の制動抵抗器及びチョッパ（図示省略）を取り付けることである。送電網の低電圧障害の場合に、ＤＣ／ＡＣコンバータ３０のコントローラが、ＡＣシステムに送り込まれる電流を制限し、ＡＣシステムがＤＣアレイから吸収する電力が降下する。ＤＣ電圧が上昇するにつれて、ＤＣチョッパコントローラがその上昇を検知し、ＤＣ電圧を公称レベルに調整するのに十分な電流を引き込むように制御される。それゆえ、タービンは障害によって影響を及ぼされず、正常に動作し続ける。障害が解消するとき、チョッパが制動抵抗器に送り込まれる電流を低減し、送電網への正常な発電が再開する。
【００９５】
本明細書において説明され、図２に示されるようなＤＣアレイにおいて、発電機をキックスタートする等の補助機能を与えるために、送電網から電力を引き込むことはできない。それゆえ、好ましい実施形態において、発電機ユニット２０，２２０，３２０，４２０，５２０，８２０は、エネルギー貯蔵システムを含み、その一例が図１２において９８８として示される。好ましい実施形態において、発電機ユニットは本明細書において上記で説明されたものと同じ又は類似であり、発電機（図１２では図示省略）は、変圧器９３４によって主ＡＣ／ＤＣコンバータ（複数の場合もある）（図１２では図示省略）に結合される。変圧器９３４は、変圧器コア９４２の周りに（すなわち、発電機１８，２１８，３１８，４１８，５１８をＡＣ／ＤＣコンバータ２８，２２８，３２８，４２８，５２８に結合する、上記で説明されたコンバータ側変圧器巻線に加えて）付加的なコンバータ側変圧器巻線９９０を備えている。図示される例において、付加的なコンバータ側変圧器巻線９９０はコア要素９４８の周りに設けられる三相巻線である。付加的なコンバータ側変圧器巻線９９０は、補助ＡＣ／ＤＣコンバータ９９２（すなわち、主ＡＣ／ＤＣコンバータ（複数の場合もある）２８，２２８，３２８，４２８，５２８に加えて設けられるコンバータ）の入力に接続される。補助コンバータ９９２は、上記の主ＡＣ／ＤＣコンバータ２８，２２８，３２８，４２８，５２８の実施形態のいずれかと同じ構成のものとすることができる。補助ＡＣ／ＤＣコンバータ９９２の出力に１つ以上のエネルギー貯蔵デバイス９９４が設けられる。例えば、エネルギー貯蔵デバイス９９４は、（例えば、コンバータ出力端子間と並列に）１つ以上のキャパシタ又は蓄電池を備えることができる。図示される実施形態において、この目的のために、スーパーキャパシタ９９４がコンバータ出力に（並列に）設けられる。補助ＡＣ／ＤＣコンバータ９９２は、任意の適切なコントローラ（図示省略）によって、変圧器９３４を介して発電機から受電したＡＣ電力がエネルギー貯蔵デバイス９９４に貯蔵される第１のモードと、貯蔵されたＤＣエネルギーが補助ＡＣ／ＤＣコンバータ９９２によってＡＣ電力に変換され、付加的なコンバータ側変圧器巻線９９０に送り込まれる第２のモードと、において動作可能である。変圧器は、付加的なコンバータ側変圧器巻線９９０を発電機巻線（図１２では図示省略）に結合するので、第２のモードにおいて、補助ＡＣ／ＤＣコンバータ９９２により供給される電力を用いて、（例えば、以前の潮汐中に第１のモードにおける補助ＡＣ／ＤＣコンバータの動作によりエネルギーが貯蔵されていると仮定して、新たな各潮汐の開始時に）発電機をキックスタートすることができる。一選択肢としては、必要なときに発電機ユニットの構成要素に対する補助電力として使用可能な補助ＡＣ電力出力９９８を供給すべく、補助ＤＣ／ＡＣコンバータ９９６が補助ＡＣ／ＤＣコンバータ９９２の出力に、ひいては、エネルギー貯蔵デバイス９９４に接続される。
【００９６】
通常、キックスタート機能は、発電機を、通常で数秒間だけ、速度、周波数及び電圧の低いモータに変える。それゆえ、コンバータ側変圧器巻線９９０は、補助ＡＣ／ＤＣコンバータ９９２からの高電圧低電流を用いて、発電機に低電圧で必要な電流を供給するように設計され得る。一例として、１２００Ｖのデバイスによるブリッジを使用する小型インバータであれば、補助ＡＣ／ＤＣコンバータ９９２として使用するのに十分であり、そのインバータは、主ブリッジモジュール２８，１２８，２２８，３２８，４２８，５２８に類似又は同一とすることができる。回生モード（regenerative mode）で動作するキックスタートインバータによる発電機の後続の正常動作中に、スーパーキャパシタバンクを再充電することができる。
【００９７】
また、スーパーキャパシタ９９５はそれぞれ、補助ＤＣ／ＡＣコンバータ９９６へのＤＣ入力のためのエネルギー貯蔵源として使用することもでき、補助ＤＣ／ＡＣコンバータ９９６は、発電機ユニットの電気システムに５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの補助電源を供給可能な相対的に小さな（例えば、約１ｋＶＡの）インバータを備えることができる。補助インバータ９９２，９９６は、通常、自然換気によって空冷されるほど十分に小さい。これは、憩潮時に、又は主コンバータモジュールが動いていない他の期間に、冷却システムポンプ又はファンを停止して、エネルギーを節約できることを意味する。
【００９８】
スーパーキャパシタ９９４，９９５は通常、キックスタート及び補助コンバータ９９２，９９６によって生成されるリップル電流のための主経路として使用されない。代わりに、主コンバータモジュールにおいて使用されるタイプのポリプロピレンフィルムキャパシタ９３６を設けることができる。不可欠な補助供給源のために使用されるスーパーキャパシタ９９５は、補助インバータが動作するための閾値未満で放電されないように、キックスタートシステムのＡＣ／ＤＣコンバータ９９２及びスーパーキャパシタ９９４から切り離されるべきである。この目的を果たすために、補助コンバータ９９２と９９６との間にダイオード９９７が直列に設けられる。以下の表において、適切なスーパーキャパシタのための取り得る仕様が与えられる。そのようなスーパーキャパシタは、潮汐間の約３時間の間に、例えば、１００Ｗを引き込む制御回路及び監視回路等の不可欠な補助負荷をサポートすることになる。
【００９９】
【表１】
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【０１００】
タービン発電機ユニットの初期配置後に、ユニットが完全に機能を果たすようになるまでに長い時間を要する可能性が高く、スーパーキャパシタが上記のようにエネルギーを供給するために利用できない場合がある。スーパーキャパシタを充電し、それにより、システムを始動するために供給可能なエネルギー源には、以下のものが含まれる。
Ａ――発電機アレイ――数十ｍＡ程度の小さな電流によってスーパーキャパシタを充電することができる。約５０ｍＡの電流がアレイの電力出力から引き込まれる場合には、約２日間で適切なスーパーキャパシタを充電することになる。
Ｂ――タービンによるもの――タービン１６が適度な流れにおいて自然に始動することになるので、発電機巻線が接続される場合には、スーパーキャパシタが通常通りに充電される場合がある。
【０１０１】
アレイ障害が生じる場合、アレイを形成するために接続される全ての発電機ユニットのＤＣリンクキャパシタ２３６，３３６，４３６，５３６，９３６が障害箇所に放電することになる。その後、タービン１６が障害箇所の中に発電し続けることになり、発電機１８は事実上、短絡することになる。しかしながら、有利には、発電機ユニット２０，１２０，２２０，３２０，４２０，５２０，８２０は、ＤＣリンク電圧の低下を検出し、そのような検出に応じて、障害箇所に電流が送り込まれないように、発電機を切り離すか、又は停止させるように構成される。これは、発電機巻線群の接触器（contactor）を開くことによって、例えば、障害保護装置７７０を含む実施形態のスイッチングデバイス７７２を開くことによって、又は発電機巻線を切り離す１つ以上の他の接点（図示省略）を開くことによって、又はＡＣ／ＤＣコンバータを動作させて、ＤＣリンク電圧を０にすることによって、達成可能である。初期障害電流によって引き起こされる損傷を最小化するために、ＡＣコンバータ２８，１２８，２２８，３２８，４２８，５２８，８２８のＤＣリンクキャパシタは、好ましくは、取り得る最小限のＤＣリンクキャパシタンスを有するべきである。
【０１０２】
通常、受電所２６に電力を搬送する海底ケーブルは、露出した岩の多い海底に着底しているので、損傷を受けやすい。この発生確率の高いケーブル障害の場合には、電流のための代替経路が望ましい。それゆえ、発電機ユニットアレイは、受電所２６への送電ケーブル（例えば、図２の例ではケーブル２４）を少なくとも２つ有することが好ましい。この関連において、図１３は、本発明の更なる態様を具現化する発電機ユニットアレイ１００１を示す。発電機ユニットアレイ１００１は、複数の発電機ユニット１０２０を備える。各発電機ユニット１０２０は、発電機１０１８（通常の実施形態において、タービンに、特に潮流タービンに結合される）と、パワーコンバータシステムの少なくとも一部（すなわち、好ましい実施形態における各ＡＣ／ＤＣコンバータ１０２８）と、を含む。好ましい実施形態において、発電機ユニット１０２０は、本明細書において図１〜図１２を参照しつつ説明されたタイプのうちのいずれか１つのものである。特に、図１４を参照すると、発電機ユニット１０２０は、ＤＣ出力を生成するタイプのものであることが好ましいので、通常、発電機１０１８と、少なくとも１つのＡＣ／ＤＣコンバータ１０２８と、を備える。発電機ユニット１０２０は、その出力が直列に接続される複数のＡＣ／ＤＣコンバータ１０２８を有する上記のタイプのものであることが好ましいが、必ずしもそのタイプとは限らない。一選択肢としては、電流がコンバータ出力に流れ込むのを防ぐために、コンバータ出力にダイオード１００３が設けられる。一選択肢としては、発電機ユニット１０２０は、発電機１０１８をＡＣ／ＤＣコンバータ（複数の場合もある）１０２８に結合する１つ以上の変圧器１０３４を含むタイプのものである。
【０１０３】
上記のように、発電機ユニットアレイ内の各発電機ユニット１０２０のＤＣ出力は、互いに並列に接続されて、これにより、発電機ユニットアレイ１００１から、合成されたＤＣ出力が生成される。このような好ましい発電機ユニットアレイ１００１はＤＣアレイと呼ばれる場合がある。通常、発電機ユニット１０２０からのＤＣ出力電圧を０まで選択可能に低減するために、１つ以上のスイッチングデバイス又は他の出力制御手段が設けられる。スイッチングデバイス（複数の場合もある）（図１４において１０１７として表される）は、例えば、障害保護装置７７０を含む実施形態におけるスイッチングデバイス７７２を備えることができるか、又は、ソリッドステートであるか若しくは機械式接点を有する１つ以上の他のスイッチを備えることができる。１つ以上の他のスイッチは、発電機巻線を切り離すように動作可能であるか、若しくはＡＣ／ＤＣコンバータを動作させてＤＣリンク電圧を０にするように動作可能であるか、若しくは別の方法で、発電機ユニットからのＤＣ出力を停止させるように動作可能である（例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータ自体がスイッチングデバイスとして使用され得る）。
【０１０４】
発電機ユニットアレイ１００１は、少なくとも２つの送電ケーブル１０２４、好ましい実施形態ではＤＣ送電ケーブルによって、受電所１０２６（受電所２６と同一又は類似とすることができる）に接続される。好ましくは、電力が受電所から発電機ユニットアレイ１００１に送電されるのを防ぐために、各送電ケーブル１０２４にそれぞれのダイオード１００５が接続される。各送電ケーブル１０２４は、アレイ出力ユニットに指定される発電機ユニット１０２０のうちのそれぞれ１つに接続され、それにより、アレイの合成されたＤＣ出力を、アレイ出力ユニット１０２０のいずれか１つ又はそれぞれによって受電所に送電することができる。また、各アレイ出力ユニット１０２０は、発電機ユニット１０２０のうちの少なくとも１つの他の発電機ユニットに接続され、それぞれの接続される発電機ユニット１０２０からＤＣ出力を受電する。アレイ出力ユニットでない各発電機ユニット１０２０は、１つ以上のアレイ出力ユニット１０２０及び１つ以上の他の非アレイ出力発電機ユニット１０２０のうち少なくとも一方に接続され、これにより、アレイ出力ユニットでない各発電機ユニット１０２０のＤＣ出力が、接続される発電機ユニット１０２０のいずれか１つ又はそれぞれに送電可能となる。発電機ユニット１０２０間の接続は、それぞれの長さの送電ケーブル１０２２、好ましい実施形態ではＤＣ送電ケーブルによって行われる。
【０１０５】
好ましい実施形態において、少なくともアレイ出力ユニットでない発電機ユニット１０２０は、少なくとも２つの他の発電機ユニット１０２０（それはアレイ出力ユニットであっても、なくてもよい）に接続される。特に好ましい実施形態において、アレイ内の全ての発電機ユニット１０２０が、少なくとも２つの他の発電機ユニット１０２０（それはアレイ出力ユニットであっても、なくてもよい）に接続される。好ましい構成では、発電機ユニット１０２０のいずれかからのＤＣ出力は、（ユニット１０２０がアレイ出力ユニットである場合）直接、又はアレイ出力ユニットとの直接接続によって、又は相互接続される２つ以上の非アレイ出力ユニットからなるユニット列の一方の端部ユニット（他方の端部ユニットはアレイ出力ユニットに接続される）として、送電ケーブル１０２４のいずれか１つ又はそれぞれに与えることができるようになる。
【０１０６】
図示される実施形態において、発電機ユニットアレイ１００１の発電機ユニット１０２０は、一例として図１３に示されるように、リングを形成するように互いに接続される。代替例としては、発電機ユニット１０２０がユニット列として相互接続され、そのユニット列では、それぞれのアレイ出力ユニットがそのユニット列の各自由端を提供することができる。さらなる代替例としては、発電機ユニット１０２０が、発電機ユニットの複数のユニット列を形成するように構成され、各ユニット列が、第１の発電機ユニット及び第２の発電機ユニットを有し、それらのユニット列が、それぞれの第１の発電機ユニット及び第２の発電機ユニットにおいて１つ以上の他のユニット列に接続されるようにすることができる。第１の発電機ユニット及び第２の発電機ユニットは各ユニット列のいずれかの端部に位置させられて、各ユニット列が、その第１のユニットと第２のユニットとの間に接続される１つ以上の付加的な発電機ユニットを有するようにすることができる（すなわち、第１のユニット及び第２のユニットはそれぞれのユニット列の端部ユニットとすることができる）。ユニット列のうちの１つ以上がそれぞれ、１つ以上のアレイ出力ユニットを含むことができ、それらのアレイ出力ユニットは、そのユニット列の第１のユニット及び第２のユニットと同じであっても、同じでなくてもよい。例えば、図１３の発電機ユニットアレイ１００１は、そのような２つのユニット列を備えると言うことができ（一方が左側に、一方が右側に示される）、それぞれが４つの発電機ユニット１０２０を備える。発電機ユニットの１つ以上の付加的なユニット列（図示省略）が、図１３のアレイに接続される場合があり、各ユニット列がそれぞれの端部において１つ以上の隣接するユニット列に接続される。
【０１０７】
各発電機ユニット１０２０は少なくとも２つのスイッチングデバイス１００７を含む。スイッチングデバイスは、発電機ユニット１０２０のＤＣ出力をそれぞれの送電ケーブル１０２２，１０２４に選択可能に接続する。これにより、スイッチングデバイスは、発電機ユニット１０２０をアレイ内の別の発電機ユニットに接続するか、若しくはアレイ内の別の発電機ユニットから切り離すか、又は該当する場合には、受電所１０２６に接続するか、若しくは受電所１０２６から切り離すように動作可能である。好ましい実施形態では、各発電機ユニット１０２０は、少なくとも２つのスイッチングデバイス１００７を有し、各スイッチングデバイスは、発電機ユニット１０２０を発電機ユニットアレイ１００１内の他の発電機ユニット１０２０に接続するか、又は発電機ユニットアレイ１００１内の他の発電機ユニット１０２０から切り離すように動作可能である。アレイ出力ユニットである各発電機ユニット１０２０は、自らを、ＤＣ電力を受電所１０２６に送るそれぞれの送電ケーブル１０２４に接続し、また、それぞれの送電ケーブル１０２４から切り離す、付加的なスイッチングデバイス１００７を有する。発電機ユニットのユニット列を接続する上記のような第１のユニット又は第２のユニットである各発電機ユニット１０２０は、自らを、それぞれの送電ケーブル１０２２に接続し、また、それぞれの送電ケーブル１０２２から切り離す、付加的なスイッチデバイス１００７を有する。送電ケーブル１０２２は、各発電機ユニットを、接続されるユニット列のそれぞれの第１の発電機ユニット又は第２の発電機ユニットに接続する。
【０１０８】
正常な動作条件では（すなわち、ケーブル障害が検出されない場合に）、全てのスイッチ１００７が閉じられる（すなわち、それぞれが接続される）。この状態において、非アレイ出力発電機ユニット１０２０のそれぞれからのＤＣ出力は、１つ以上の他の発電機ユニット１０２０、及び該当する場合には１つ以上の送電ケーブル１０２２を伴う１つ以上の回路パスによって、アレイ出力ユニット１０２０のいずれか１つ又はそれぞれに送電されることになり、その後、出力発電機ユニット１０２０のいずれか１つ又はそれぞれによって受電所１０２６に送電されることになる。
【０１０９】
２つの発電機ユニット１０２０を相互接続する送電ケーブル１０２２内にケーブル障害が検出される場合、障害のあるケーブル１０２２の各端部にあるそれぞれのスイッチ１００７（すなわち、関連する発電機ユニット１０２０のそれぞれのスイッチ１００７）を開いて、障害のあるケーブルを切り離す。アレイ内のＤＣ電流ひいては障害電流が０まで低減された後にスイッチ１００７を開くことが好ましい。障害が切り離された後に、発電機ユニットに電圧を再び印加するか、又は別の方法で発電機ユニットを再起動することができる。これに応答して、障害前に障害のあるケーブルによって送電されていた任意のＤＣ電流がアレイを通る別の経路によってアレイ出力ユニット１０２０の１つ以上に達するように、出力先が変更される。例えば、図１３を参照すると、発電機ユニットアレイ１００１内の場所Ｃと場所Ｄとの間のケーブル１０２２内にケーブル障害Ｘが生じる場合には、障害を検出すると、スイッチＳ１及びＳ２が開いて、障害のあるケーブルを切り離す。その後、場所Ｃと場所Ｄとの間で送電されていたＤＣ電力は、１つ以上のアレイ出力ユニット１０２０のぞれぞれに至るまでに、そのアレイを通る代替経路によって経路変更がなされる。
【０１１０】
受電所１０２６への主送電ケーブル１０２４のいずれか１つにおいて障害が検出される場合には、それぞれのアレイ出力発電機ユニット１０２０を障害のあるケーブルに接続するそれぞれのスイッチ１００７を開いて、発電機ユニットアレイ１００１を障害のあるケーブルから切り離す。上記で示されたように、好ましい実施形態において、任意の簡便な手段により、例えば、（アレイ内の全ての発電機ユニットの）発電機巻線スイッチを開くことにより、アレイ内のＤＣ電流が０まで低減された後にのみスイッチ１００７を開く。障害のあるケーブルが切り離されると、発電機ユニットは再起動され、発電機ユニットアレイ１００１によって発電されたＤＣ電力が、障害のない１つ以上のケーブル１０２４のそれぞれを介して、受電所１０２６に送電される。障害のあるケーブルを介して送電されていたＤＣ電力は、必要に応じて１つ以上の発電機ユニット１０２０を経由するように経路変更されて、障害のないケーブル１０２４に接続されるアレイ出力ユニットに達するようにすることができる。ケーブル１０２４内の障害を検出することは、任意の簡便な手段によって果たすことができる。例えば、発電機ユニットアレイ１００１は、それぞれの送電ケーブル１０２４のアレイ端におけるＤＣ電流がケーブル１０２４の受電所端において受電されるＤＣ電流レベルを超えるか否かを検出し、超える場合には、ケーブル１０２４内に障害があると判断するように構成される障害検出システム（図示省略）を有することができる。このために、例えば、電流センサを備える任意の適切な障害検出デバイスを、各送電ケーブル１０２４の各端部に設けることができる。この障害検出を実行できるようにするために、受電所とアレイとの間に簡便な通信及び信号チャネルの少なくとも一方を設けることができる。
【０１１１】
アレイ出力ケーブル１０２４内の障害は、アレイ出力発電機ユニット１０２０にある変流器により、電流パルスの方向を検出することで検出できる。ケーブル内に障害がある場合には、発電機ユニット１０２０において電流が急上昇するのに対して、障害が他の場所にある場合には、電流は０まで急降下する。いずれの場合でも、変流器がその変化に応答して、二次電流のパルスを生成し、そのパルスの方向がその送電ケーブル内に障害があるか否かを示す。
【０１１２】
ケーブル障害を検出するために、発電機ユニット１０２０に、従来のいかなる障害検出装置も設けることができる。通常、各発電機ユニット１０２０には、その発電機ユニットが接続される送電ケーブルごとに、障害検出デバイスがそれぞれ設けられる。１つ以上の障害検出装置はそれぞれ、障害電流の存在だけでなく、電流が流れる方向も検出するように構成されることが好ましい。より具体的には、１つ以上の障害検出装置はそれぞれ、電流が一端においてケーブル１０２２に流れ込み、他端においてケーブル１０２２から流れ出ているか（それは障害がない場合である）、両端においてケーブル１０２２に流れ込んでいるか（それは障害の場合の状況である）を判断するように構成されることが好ましい。
【０１１３】
図１５に示されるように、障害検出装置は、ケーブル１０２２の各端部に（例えば、図１３の場所Ｃ及び場所Ｄに）障害検出デバイス１００９をそれぞれ備えることができる。障害検出デバイス１００９は、ケーブルのそれぞれの端部において電流が流れる方向を検出するように、結合されるか、又は別の方法で協働可能である。各検出デバイス１００９は、ケーブル１０２２の導体１０１３に結合される変流器（ＣＴ）１０１１又は他の電流センサを備えることができる。変流器１０１１は、パイロットワイヤ１０１５によって互いに接続することができる。各ＣＴ１０１１は、各端部とパイロットワイヤ１０１５との間にそれぞれのリレーＲ１、Ｒ２を有する。変流器は基本的にはＡＣデバイスであるので、正常な条件下においてＤＣ電流の存在を検出することはできないが、障害が生じるとき、キャパシタの放電によって急激な障害電流パルスが生成され、このパルスを変流器が検出することが理解されよう。障害電流パルスが端部Ｃに流れ込む場合に、端部ＣにあるリレーＲ１が起動され、障害が発生したことと、発電機ユニットが停止されるべきであることとを示す信号が生成される。ケーブル１０２２の各端部においてパルスの方向が同じである場合には、ＣＴの２つの巻線において生成されるパルスは、パイロットワイヤ１０１５に沿って進み続け、リレーＲ２は起動されない。しかしながら、パルスが反対方向であるか、又はパイロットワイヤが断線した場合には、Ｒ２が起動され、それにより、ＤＣ電流が０まで低減されると、例えば、ケーブルスイッチ１００７を開く状態になり得る。いずれの場合でも、関連する各スイッチ１００７において（すなわち、障害の両側において）放電電流パルスが検知され、結果として生じる信号が、主ケーブル１０２２内に埋め込まれる場合があるパイロットワイヤ１０１５、例えば、信号線又は光ファイバに沿って、隣接する発電機ユニット１０２０に送信される。ケーブル１０２２が正常である場合には、パルスは、ケーブルの他端において検出されるパルスと同じ方向にあり、措置は不要である。パルスの方向が異なるか、又は信号が失われる場合には、そのケーブルは障害の場所であり、電流が０まで低減されたときに、スイッチ１００７が開く状態にされるべきである。例えば、図１３において、電流がＣ及びＤの両方からＸにある障害に流れ込むので、それらのスイッチを開くことによって、障害を切り離す。代替的には、中央障害監視システムが設けられる場合がある。図１５の障害検出システムは例示にすぎないこと、及び、例えば、場所Ｘにおける障害の存在を示すために、任意の適切な従来の障害検出システムが設けられる場合があり、発電機ユニットが一時的に電源を切られた後に、障害電流を０まで低減するために、障害が切り離されるように２つの関連するスイッチ１００７を開き、その後、発電機ユニットを再起動することができることは理解されよう。
【０１１４】
好ましい実施形態において、各発電機ユニット１０２０は発電機ユニットアレイ１００１への２つの接続を有し、アレイ出力ユニット、又は発電機ユニットのユニット列の端部にあるユニットの場合、受電所１０２６につながるケーブルへの第３の接続を有する。２つのスイッチ１００７を開き、電流が迂回できるようにすることによって、このネットワーク内のあらゆるケーブル障害を切り離すことができる。受電所１０２６への主送電ケーブル１０２４内のケーブル障害を従来のいかなる方法でも検出することができ、検出に応じて、各アレイ出力ユニットのそれぞれのスイッチ１００７を開いて、発電機ユニットアレイ１００１が障害のあるケーブル１０２４から切り離される。
【０１１５】
高い電圧にある直流電流を遮断するのは実用的ではないので、図１３に示されるスイッチ１００７は、ＤＣ電流が他の手段によって０まで低減されたときにのみ動作する単純なメーク接点のスイッチ又はブレーク接点のスイッチ（例えば電動遮断器（motorized isolators））とすることが好ましい。ＤＣ電流を０まで低減させるのは、例えば、発電機巻線群のスイッチ１０１７を開くことによって達成可能である。また、受電所１０２６にあるＤＣ／ＡＣコンバータでは、例えば、コンバータへのＤＣ入力にある直列ダイオード１００５によって、電流が送電網から発電機ユニットアレイ１００１に逆流できないように保証することが望ましい。
【０１１６】
発電機ユニットアレイ１００１は、例えば、各発電機ユニット１０２０内の通信／制御ユニットと、別の発電機ユニット１０２０において検出された障害を各ユニット１０２０に通知できるようにするために発電機ユニット１０２２間にある１つ以上の通信リンク（例えば、ケーブル１０２２とともに収容される信号線又は光ファイバケーブル）と、を備える、通信システム（図示省略）を含むことができる。障害のない発電機ユニット１０２０は、通知された障害に応じて、障害のない発電機ユニット１０２０が自らを切り離すか、又は別の方法で出力電流を０まで低減し、これにより、スイッチ１００７を開くことができるようにする。しかしながら、より好都合には、好ましい実施形態において、各発電機ユニット１０２０は、自らの出力においてＤＣリンク電圧を監視することによって、（自らのケーブル内、又は別の発電機ユニット１０２０にある）障害を検出し、ＤＣリンク電圧が０又は閾値未満まで降下したことを検出すると、アレイ内のどこかにケーブル障害があると判断し、そして、自らの発電機を切り離すか、又は別の方法で出力電流を０まで低減して、障害を切り離すためにスイッチ１００７を開くように構成される。
【０１１７】
好ましい実施形態において、発電機ユニットは上記のようにタービン発電機ユニット、特に水力発電タービン発電機ユニットであり、より具体的には潮流タービン発電機ユニットである。しかしながら、本発明の態様は、一般的な発電機ユニットにおいて、又は風力タービン発電機ユニットにおいて具現化できることが理解されよう。
【０１１８】
本発明は、本明細書において説明される実施形態（複数の場合もある）には限定されず、本発明の範囲から逸脱することなく、修正又は変更することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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